Wie Fette die Zellmembran stressen

Ungesättigte Fettsäuren sind für den Körper lebensnotwendig. Die Ernährung in der westlichen Welt ist reich an tierischen, gesättigten Fettsäuren. Wie sich das auf die Zellmembranen auswirkt, veranschaulicht Juniorprofessor Robert Ernst durch den Vergleich mit Menschen auf einer Party: Gesättigte Fettsäuren sind wie steif herumstehende Gäste, während die ungesättigten Fettsäuren gestikulieren und sich zur Musik bewegen. "Wie wichtig das Verhältnis von gesättigten und ungesättigten Fettsäuren in der Zellmembran ist, zeigt sich daran, dass es fein reguliert ist", erklärt er. "Gerät es aus dem Gleichgewicht, reagiert die Zelle mit Stress bis hin zum Zelltod." Warum das so ist, ist eine der Fragen, die der Nachwuchsforscher mit seiner im Aufbau befindlichen Forschergruppe klären möchte. Im August kam er mit einem Emmy Noether Stipendium der Deutschen Forschungsgemeinschaft an die Goethe-Universität.

Robert Ernst, der zuvor am Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden arbeitete, ist fasziniert von der Komplexität der Zelle. In einer biologischen Membran gibt es hunderte verschiedener Lipide, die nicht nur untereinander, sondern auch mit den Membranproteinen wechselwirken. Woher weiß die Zelle, wie sie die Lipid-Zusammensetzung in ihrer Membran einstellen muss? Und wie reagiert sie, wenn das Gleichgewicht gestört ist? Ernst untersucht dies an Hefestämmen, bei denen Gene für die Herstellung bestimmter Lipide gezielt ausgeschaltet wurden. Seine Studien belegen ein intensives Zwiegespräch zwischen der Lipidzusammensetzung und der Qualitätskontrolle von Proteinen. In Kollaboration mit einer Forschungsgruppe an der University of California in San Francisco beginnt nun die Suche nach einer zellulären Maschinerie, die fehlerhafte, gestresste Membranen erkennt.

"Im Elektronenmikroskop kann man sehen, dass sich bei Membranstress am Zellkern Ausstülpungen bilden, die Rosenblüten ähnlich sehen", erläutert Ernst. Dauert das Lipid-Ungleichgewicht länger an, führt dies sogar zum programmierten Zelltod. Die Phänomene, die hier in Hefezellen beobachtet werden, können analog zu der Situation in Insulin-produzierenden Beta-Zellen der Bauchspeicheldrüse gesehen werden. Ein Übermaß an gesättigten Fettsäuren erhöht das Risiko für Diabetes, indem es einen dauerhaften Stress auf die Zellen ausübt. Bei den gentechnisch veränderten Hefen hört die Stress-Reaktion auf, wenn man die fehlenden ungesättigten Fettsäuren zufüttert. Was mit den unter Stress gebildeten Strukturen passiert, ist noch nicht klar. Robert Ernst vermutet, dass die Zelle sie durch Selbstverdauung (Autophagie) zerlegt und die Bausteine dann neu verwendet. Die Abbildung wurden freundlicherweise von Daniela Vorkel der EM facility am MPI-CBG Dresden bereitgestellt.

Kontakt:

Junior-Prof. Robert Ernst, Institut für Biochemie, Campus Riedberg
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