Lysosomen sind kleine Zellorganellen, in denen größere Moleküle wie zum Beispiel Proteine mit Hilfe von Enzymen in ihre Einzelbestandteile, die Aminosäuren, zerlegt werden. Über spezialisierte Transportmoleküle gelangen diese "Baustoffe" in andere Zellorganellen, wo sie für den Aufbau neuer Proteine benutzt werden. Ein solcher Transporter ist das Protein MFSD1 (Major Facilitator Superfamily Domain Containing 1). "Wir haben diesen Transporter vor einigen Jahren identifiziert und herausgefunden, dass er einen engen Komplex mit einem anderen Membranprotein bildet", so Prof. Dr. Markus Damme vom Biochemischen Institut an der Medizinischen Fakultät der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU).

Bilder

Lysosomen befinden sich in nahezu allen Zellen. Das in der Studie untersuchte Transportmolekül (MFSD1) in der Membran von Lysosomen ist in der mikroskopischen Aufnahme grün eingefärbt, blau sind die Zellkerne. © Biochemisches Institut, Uni Kiel

Proteine werden in den Lysosomen nicht komplett in Aminosäuren zerlegt, sondern kleine Bruchstücke aus wenigen Aminosäuren bleiben übrig. Und auch für diese Peptide müssen Transporter in den Lysosomen existieren. Diese sind aber größtenteils nicht bekannt, da bisher hauptsächlich Aminosäuretransporter erforscht wurden. "In dieser Studie identifizieren wir einen neuen lysosomalen Peptidtransporter, den MFSD1-GLMP-Komplex", berichtet Damme. Ein Ziel der jetzt veröffentlichten Studie war, aufzuklären, welche Substanzen von dem Membranprotein MFSD1 transportiert werden. Um diese Frage zu beantworten, wurde von gentechnisch veränderten (Knockout-)Mäusen, denen das Protein fehlt, das Metabolom in den Lysosomen analysiert.

Schematische Darstellung des Transports von Dipeptiden (blau-rote Stäbchen) durch den GLMP-MFSD1-Komplex vom Lysomonen ins Zytoplasma © Katharina Jungnickel, CSS

Lysosomen sind wichtige Abbauorte in der Zelle. Sie enthalten eine Vielzahl von Enzymen, um zellfremdes und zelleigenes Material zu "verdauen". Eine Fehlfunktion führt dazu, dass sich Stoffe in den Lysosomen anreichern. Das ist die Ursache für gesundheitliche Schäden bei Menschen mit lysosomalen Speicherkrankheiten, einer Gruppe von seltenen erblich bedingten Stoffwechselerkrankungen.

Die Funktion der Lysosomen ist aber nicht nur im Zusammenhang mit diesen seltenen Erkrankungen relevant. "Man weiß mittlerweile auch, dass der Abbau in den Lysosomen insgesamt für die Zelle extrem wichtig ist. Denn dadurch werden Substanzen generiert, die die Zelle weiter nutzen kann, um zum Beispiel neue Proteine zu bilden. Der komplette Stoffwechsel von Zellen hängt damit auch vom Abbau in den Lysosomen ab. Und das möchte ich besser verstehen", erläutert dazu Professor Damme.

Originalpublikation:
Jungnickel, K.E.J., Guelle, O., Iguchi, M. et al. MFSD1 with its accessory subunit GLMP functions as a general dipeptide uniporter in lysosomes. Nature Cell Biology (2024); doi.org/10.1038/s41556-024-01436-5

Quelle: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel