Zellen leben und überleben, indem sie Proteine aufnehmen, recyceln und neu verwenden oder komplett abbauen. Die Proteine befinden sich an der Zelloberfläche und werden von hieraus ins Innere der Zelle transportiert. Rund 80% dieser Membranproteine recycelt die Zelle anschliessend und transportiert sie an die Oberfläche zurück.
Dieses Recyclingsystem ist überaus raffiniert und sogar noch effizienter als bislang angenommen. Dies konnte das Team von Prof. Anne Spang am Biozentrum der Universität Basel nun an Zellen von Würmern und Säugetieren nachweisen. Die Ergebnisse sind nun in «Nature Communications» veröffentlicht.
Frühe Auslese innert Sekunden
Zellen nehmen Rezeptorproteine an ihrer Oberfläche auf, indem sie diese in kleinen Bläschen verpacken und ins Innere der Zelle transportieren. Kurz unterhalb der Zelloberfläche befindet sich eine erste Sortierstation. Hier bereits hilft der Proteinkomplex FERARI bei der Entscheidung über das Schicksal der Ladung. Entdeckt hat das Forschungsteam von Prof. Anne Spang FERARI in ihrer letzten Studie. «Nun wissen wir, dass FERARI schon gleich nach Aufnahme der Fracht ins Zellinnere an der Entscheidung beteiligt ist, ob die transportierte Fracht recycelt werden soll», erklärt Spang.
Ein Teil der Fracht wird an der Sortierstation markiert, umverpackt, anschliessend weitertransportiert und später abgebaut. Der andere Teil – die fürs Recycling vorgesehenen Proteine – verbleiben im Bläschen und werden direkt zurück an die Zellmembran gebracht. Diese Auslese geschieht innert Sekunden. Durch den unmittelbaren Start des Recyclings vermeidet die Zelle lange Transportwege. «Wir wussten nicht, dass das Recycling der Zelle bereits in so frühem Stadium, also sobald die Proteine verpackt sind, beginnt. Die Zelle spart dadurch Zeit und Energie. Damit ist ihr Transport- und Recyclingsystem noch effektiver als wir dachten», erklärt Jachen Solinger, Erstautor der Studie.
Zuverlässiges, robustes und effizientes Recycling
Der Transport, das Sortieren und Recycling von Proteinen sind für Zelle überlebenswichtig. Das System ist einerseits robust und äussert effizient, und andererseits auf viele Einzelschritte verteilt. So stellt die Zelle sicher, dass letztlich alle transportierten Proteine am richtigen Ort landen, fehlerhafte aus dem Verkehr gezogen, noch brauchbare recycelt werden.
«Das Recyclingsystem der Zelle ist faszinierend und beeindruckend. Man muss zweifelsohne anerkennen, dass die Natur in der Zelle ein in Punkto Zuverlässigkeit, Schnelligkeit und Effizienz kaum zu übertreffendes Wiederverwertungssystem erschaffen hat», sagt Anne Spang.
Originalpublikation:
Jachen A. Solinger, Harun-Or Rashid and Anne Spang. FERARI and cargo adaptors coordinate cargo flow through sorting endosomes. Nature Communications; published online 8 August 2022
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