Ein Forschungsteam aus Dresden und Prag hat ein bahnbrechendes bildgebendes Verfahren entwickelt, das erstmals die Verfolgung einzelner Lipide in Zellen ermöglicht. Damit konnten die Wissenschaftler den primären Mechanismus des Lipidtransports innerhalb von Zellen aufdecken, der für die Aufrechterhaltung der Zellmembranen entscheidend ist.

Lipide, essenzielle Bausteine von Zellmembranen, sind für zahlreiche Zellfunktionen wie Energie-speicherung und Signalübertragung unverzichtbar. Ihre genaue Verteilung in Zellen war bisher schwer nachzuvollziehen, da herkömmliche Mikroskopietechniken an ihre Grenzen stoßen. Das Dresdner Team, bestehend aus Experten des Max-Planck-Instituts für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG), des Biotechnologischen Zentrums (BIOTEC) der TU Dresden, des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) und des J. Heyrovsky Instituts in Prag, hat eine neuartige chemische Markierungsmethode entwickelt. Diese macht Lipide mittels Fluoreszenzmikroskopie sichtbar, indem minimal veränderte Lipide synthetisiert werden, die sich nur durch wenige Atome von natürlichen Lipiden unterscheiden.

Die Forschenden führten diese modifizierten Lipide in menschliche Knochen- und Darmzellen ein, die sich für die Bildgebung eignen. Durch Aktivierung mit UV-Licht konnten die Lipide an benachbarte Proteine gebunden und ihr Transport gestoppt werden, um ihre Positionen über die Zeit zu dokumentieren. Unterstützt durch eine KI-gestützte Bildanalyse und mathematische Modellierung zeigte die Studie, dass 85 bis 95 Prozent des Lipidtransports zwischen Zellorganellen durch Carrier-Proteine erfolgen, nicht durch Vesikel. Dieser Proteintransport ist nicht nur spezifischer, sondern auch zehnmal schneller als der vesikuläre Transport. Parallel dazu wurde mithilfe hochauflösender Massenspektrometrie untersucht, wie sich Lipidstrukturen während des Transports verändern.

Die Ergebnisse verdeutlichen, dass der Protein-vermittelte Transport der Hauptmechanismus ist, um die spezifische Zusammensetzung der Organellenmembranen aufrechtzuerhalten. Diese Erkenntnisse sind von großer Bedeutung, da Lipidungleichgewichte mit Stoffwechsel- und neurodegenerativen Erkrankungen wie der nicht-alkoholischen Fettleber in Verbindung stehen. Die neue Technik eröffnet Möglichkeiten, die Rolle des Lipidtransports in gesunden und kranken Zellen besser zu verstehen und könnte die Entwicklung neuer Therapien für lipidbedingte Krankheiten fördern.

Das Verfahren markiert einen Wendepunkt in der Zellbiologie, da es erstmals eine quantitative Analyse des Lipidflusses ermöglicht. Die Forschenden planen, zukünftig die spezifischen Lipid-Transfer-Proteine und die Energiequellen des gerichteten Lipidtransports zu identifizieren, um die Mechanismen hinter der Membranstabilität weiter zu entschlüsseln.

Original Paper:

Quantitative imaging of lipid transport in mammalian cells | Nature

Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

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