Die Nachhaltigkeitsstrategie der Zelle
Wusstest du, dass in der Zelle nichts weggeworfen, sondern fast alles wiederverwendet wird? Autophagie heißt dieser Prozess und wird an unserem Institut untersucht, unter anderem von Florian Wilfling und seinem Team.
Mittels verschiedener Methoden – u. a. Elektronenmikroskopie und Massenspektrometrie – wollen die Forschenden Folgendes verstehen: Was genau braucht es, damit sich die zu recycelnden Bestandteile der Zelle zu einem „Haufen“ sammeln? Was löst aus, dass diese Haufen anschließend in sogenannte Autophagosome „verpackt“ werden? Wie wird gesteuert, dass deren Inhalt von Enzymen in Grundbausteine der Zelle zersetzt wird, die wiederverwendet werden können? Läuft dabei auch mal etwas schief? Welche Auswirkungen haben solche Fehler auf unsere Gesundheit?
Autophagie spielt zum Beispiel eine entscheidende Rolle bei der Erforschung neurodegenerativer Erkrankungen wie der Huntington-Krankheit. Lange hat man angenommen, dass es zur Therapie solcher Krankheiten ausreichen könnte, die Autophagie anzuregen, um fehlerhaftes Zellmaterial abzubauen. Die neuesten Forschungsergebnisse von Wilflings Team zeigen jedoch, dass bestimmte Bestandteile einfach zu groß sind, um von Autophagosomen aufgenommen zu werden. Welche Eigenschaften dieses Zellmaterial haben muss, damit es verpackt werden kann, erforschen Wilfling und sein Team nun (Zhao et al., Autophagy preferentially degrades non-fibrillar polyQ aggregates, Molecular Cell 2024).
abgebaut, wodurch wichtige zelluläre Prozesse reguliert werden. Unten sind Kryo-Elektronenmikroskopieaufnahmen der Autophagosomen während beider Autophagie-Prozesse zu sehen. Sie sind nur mehrere 100 nm groß (Maßstableiste 200 nm). Die Abblidung stammt aus einem Artikel von Javier Lizarrondo und Florian Wilfling (Lizarrondo, Wilfling, Selective Autophagy of Macromolecular Complexes: What Does It Take to be Taken?, Journal of Molecular Biology 2024).
Abbildung entnommen aus: Lizarrondo, Wilfling, Selective Autophagy of Macromolecular Complexes: What Does It Take to be Taken?, Journal of Molecular Biology 2024.
Auch Gerhard Hummer und Sanjoy Paul forschen an der Autophagie, indem sie diesen Prozess mit Super-Computern simulieren. Das ist ein zeitintensives und kostspieliges Unterfangen, denn um allein eine Mikrosekunde des hochkomplexen Autophagie-Prozesses zu simulieren, benötigt man schon 2–3 Monate! Beide Forscher sind Teil einer internationalen Initiative mit dem Ziel, Parkinson mithilfe von Grundlagenforschung zu verstehen, um so die Entwicklung von wirksamen Therapien zu unterstützen.