Proteinaggregate in Zellen stehen seit Langem im Verdacht, an der Entstehung neurodegenerativer Erkrankungen beteiligt zu sein. Auffällig ist, dass solche Aggregate häufig in sogenannten membranlosen Organellen (MLOs) vorkommen. Ob diese Organellen die Verklumpung von Proteinen fördern oder die Zelle vor schädlichen Aggregaten schützen, war bislang unklar.

Dieser Frage gingen Prof. Dr. Simon Ebbinghaus und Mailin Becker von der Ruhr-Universität Bochum nach. Dafür entwickelten sie die neue Bildgebungsmethode „confocal Fast Relaxation Imaging“ (cFReI), die einen direkten Vergleich der Proteinstabilität innerhalb von MLOs und im umgebenden Zytoplasma derselben Zelle ermöglicht. Über ihre Ergebnisse berichten die Forschenden in PRX Life am 16. Juli 2026.

Wenn Proteine und RNA Tröpfchen bilden

Proteine sind an nahezu allen zellulären Prozessen beteiligt. Um diese Prozesse räumlich zu organisieren, verfügt die Zelle über verschiedene Kompartimente. Neben klassischen, von Membranen umschlossenen Organellen wie Zellkern oder Mitochondrien existieren auch membranlose Organellen.

„Es gibt jedoch auch Organellen, die nicht von einer Membran umgeben sind“, erklärt Mailin Becker.

In diesen MLOs sammeln sich Proteine und RNA an.

„Sie entstehen durch Flüssig-Flüssig-Phasenseparation“, so Becker. „Dieser Prozess ähnelt der Bildung von Öltröpfchen in Wasser.“

Gerade in solchen Organellen finden sich häufig Proteine, die fehlfalten oder sich entfalten und anschließend verklumpen. Die daraus entstehenden Aggregate werden mit Erkrankungen wie ALS, Alzheimer oder Parkinson in Verbindung gebracht.

Schützen MLOs die Zelle oder fördern sie die Fehlfaltung?

Bislang gab es zwei konkurrierende Hypothesen: MLOs könnten fehlgefaltete Proteine vorübergehend aufnehmen und damit die Zelle schützen. Ebenso denkbar wäre jedoch, dass die besondere Umgebung innerhalb der Organellen die Fehlfaltung begünstigt und so zur Krankheitsentstehung beiträgt.

„Um die Entstehung dieser Erkrankungen zu verstehen, ist es daher wichtig, die Entfaltung von Proteinen direkt in der komplexen Umgebung lebender Zellen zu untersuchen“, unterstreicht Simon Ebbinghaus.

Direkter Vergleich innerhalb derselben Zelle

Mit cFReI gelang den Bochumer Forschenden genau dieser Vergleich. Die Methode misst die Stabilität von Proteinen sowohl innerhalb der membranlosen Organellen als auch im umgebenden Zytoplasma derselben lebenden Zelle.

Untersucht wurde eine Variante des Enzyms Superoxid-Dismutase 1 (SOD1), das sich in sogenannten Stressgranula anreichert. Diese MLOs entstehen als Reaktion auf zellulären Stress und unterstützen die Zelle bei dessen Bewältigung.

Überraschende Beobachtung in Stressgranula

Die Messungen lieferten ein Ergebnis, das den Erwartungen aus früheren In-vitro-Experimenten widersprach.

„Entgegen unseren Erwartungen aus in-vitro-Experimenten konnten wir beobachten, dass SOD1 innerhalb der Stressgranula nicht destabilisiert wird“, berichtet Mailin Becker.

„In den meisten Zellen zeigte sich sogar eine Stabilisierung des Proteins innerhalb der Stressgranula.“

Damit sprechen die Daten eher dafür, dass Stressgranula und möglicherweise auch andere MLOs eine schützende Funktion übernehmen, indem sie potenziell schädliche Proteine vorübergehend sequestrieren, anstatt deren Fehlfaltung zu fördern.

Potenzial für die Erforschung neurodegenerativer Erkrankungen

Die Forschenden betonen, dass cFReI nicht auf SOD1 oder Stressgranula beschränkt ist. Die Methode könne auch auf andere Biomoleküle und unterschiedliche Organellen angewendet werden.

Damit eröffnet sich ein breites Einsatzfeld für die Untersuchung zellulärer Prozesse, die mit neurodegenerativen Erkrankungen in Zusammenhang stehen. Langfristig könnte die Technik nach Einschätzung des Teams auch neue Ansatzpunkte für therapeutische Strategien liefern.

Originalpublikation:
Becker, M., Samanta, N., Tsvetaev, E., Vollet, M., Ribeiro, S. S., & Ebbinghaus, S. (2026). Protein folding stability simultaneously imaged in stress granules and the cytoplasm of a single living cell. PRX Life. DOI:10.1103/dsw6-t4qf

Quelle: Ruhr-Universität Bochum