Zellen im Gespräch: Grazer Team identifiziert Kommunikationszentren
Zellmembranen umschließen biologische Zellen wie ein dünnes Häutchen und ermöglichen ihnen die Kommunikation mit der Außenwelt. Manche Kommunikationsdomänen bestehen nur für Nano-Sekunden.
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Damit die Zellmembranen dieser Aufgabe nachkommen können, haben die sie eigene Strukturen ausgebildet, sogenannte Kommunikationsdomänen, die - je nach Bedarf - über lange Zeit erhalten bleiben oder auch nur kurzzeitig bestehen. Biophysiker der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in Graz treiben die Identifikation und Unterscheidung solcher stabiler und instabiler Domänen voran.
Eine rund vier Nanometer (vier Milliardstel Meter) dicke Schicht aus Membran-Lipiden (Fette) macht die Zellmembran aus. "Zellmembranen organisieren das scheinbare Chaos von Millionen von Bausteinen innerhalb der lebenden Zelle und sind hochkomplexe, dynamische Strukturen aus Proteinen, Lipiden und Kohlenhydraten", erklärte Peter Laggner, Direktor des Grazer ÖAW-Instituts für Biophysik und Nanosystemforschung. Die Grazer Forscher um den Biophysiker Georg Pabst und Beate Boulgaropoulos interessiert insbesondere die Funktion der Lipide im Zusammenspiel mit den Proteinen bei der Zellkommunikation.
Um Signale an das Zellinnere oder an benachbarte Zellen weitergeben zu können, organisieren sich die Lipide mit Proteinen zu sogenannten Kommunikationsdomänen. Die Identifizierung solcher Domänen, die oft nur wenige Nanosekunden bestehen können, sowie die Untersuchung ihrer physikalischen Eigenschaften, haben sich die Grazer Forscher u.a. zum Ziel gesetzt. Ziel ist es die Funktionsweise dieser Kommunikationseinheiten zu verstehen. Schließlich werden verschiedene Krankheiten wie Krebs oder auch Arteriosklerose immer wieder mit gestörter Kommunikation zwischen den Zellen und verändertem Membran-Lipidmuster und daraus resultierenden Fehlsteuerungen in Zusammenhang gebracht.
"Wir untersuchen die Zellmembranen nicht nur mit Hilfe der Röntgenstrukturanalyse, sondern in Kombination mit der Infrarotspektroskopie. Das experimentelle Fenster dieser Methode liegt im Bereich von Nanosekunden, so dass damit auch die kurzlebigen Domänen erfasst werden können", schilderte Pabst im Gespräch mit der APA. Im Vergleich mit den Röntgenstrukturuntersuchungen können die Wissenschafter kurzlebige von stabilen Domänen unterscheiden.
Die Kombination der Methoden im Detail und erste Ergebnisse beschreiben die Wissenschafter als Cover-Story in ihrer jüngst erschienenen Publikation im "Biophysical Journal". Dem Forscherteam ist es auch gelungen, Modelle solcher Kommunikationssysteme herzustellen und deren physikalische Eigenschaften zu vermessen.
