Von Nanoröhren zu Scheiben:
Wie Tröpfchen Zellmembranen umgestalten
 

Biomolekulare Kondensate könnten eine wichtige, aber bisher übersehene Rolle bei der Umgestaltung von Zellmembranen spielen. Rumiana Dimova und ihr Team haben gezeigt, dass diese Tröpfchen Teile des endoplasmatischen Retikulums in Nanoröhren und Doppelmembranscheiben umwandeln können. Dank ihrer Benetzungseigenschaften wirken die Kondensate wie Architekten, ohne dass spezielle Proteine notwendig sind. Das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Tröpfchen und Membranen trägt dazu bei, die komplexen Mechanismen der Zellorganisation besser zu verstehen.
 

Zellen sind die kleinsten Einheiten des Lebens. Das Team um Rumiana Dimova untersucht, was sich in ihrem überfüllten und dynamischen Inneren abspielt. Sie haben vereinfachte künstliche Nachbildungen, sogenannte Riesenvesikel, entwickelt und mit wasserlöslichen Polymeren gefüllt, die sich in winzige Tröpfchen aufspalten können - ähnlich wie Öl und Essig in einem Salatdressing. In Zellen werden diese winzigen Tröpfchen biomolekulare Kondensate genannt. Sie fungieren als Kompartimente und erfüllen spezifische Funktionen.

Diese Tröpfchen könnten eine entscheidende Rolle bei der Umgestaltung von Zellmembranstrukturen wie dem endoplasmatischen Retikulum (ER) spielen, einem Netzwerk von Membranen, das als Transportband für Proteine dient. Das ER besteht aus röhrenförmigen und flachen, scheibenförmigen Abschnitten, und Wissenschaftler*innen glauben, dass Proteine seine Form stabilisieren. Dimova und ihr Team beobachteten jedoch etwas Unerwartetes: diese Membranen brauchten keine Proteine, um ihre Form an sich ändernde Bedingungen anzupassen.

Um das ER in den Vesikeln zu simulieren, haben die Forscher das Wasser entfernt. Die Membranen formten sich zunächst zu Nanoröhrchen, um ihre Oberfläche zu erhalten. "Als ich noch mehr Wasser entfernte, zeigte sich unter dem Superauflösungsmikroskop, dass sich die Nanoröhrchen in Doppelmembranscheiben verwandelt hatten, ähnlich wie bei Pfannkuchen", beschreibt Dr. Ziliang Zhao. Dies geschah, als die Nanoröhrchen mit den Tröpfchen in Kontakt kamen, die die Kondensate imitierten.

"Neben den bekannten Gerüstproteinen könnten die Tröpfchen auch wichtige Architekten sein: Zellmembranen verändern ihre Form, während sie an den Kondensaten haften," betont Dimova. Die Entschlüsselung dieser komplexen inneren Mechanismen ist grundlegend für unser Verständnis der Funktionsweise und Organisation von Zellen und birgt das Potenzial für die Entwicklung zukünftiger Methoden zur Erkennung und zum Verständnis des faszinierenden Membranverhaltens.