Zellbiologie: Das geordnete Chaos der Zellspedition

Damit ein Speditionsgut von A nach B gelangt, müssen mehrere Dinge vorhanden sein - neben Transporter und Routenplaner etwa auch eine ausreichende Beschilderung am Zielort. Das gilt im großen Speditionsgeschäft genauso wie beim Molekül-Transport der Zellen.

In den modernen Briefzentren Deutschlands jagen täglich 72 Millionen Sendungen durch die Sortiermaschinen. Lastwagenweise werden diese Unmengen an Papier eingesammelt, identifiziert, sortiert, transportiert und verteilt – und am nächsten Tag landet aus dieser scheinbar undurchschaubaren Papierflut jeder einzelne Brief im richtigen Briefkasten. Absender und Adressat bestimmen zweifelsfrei Richtung und Ziel der Postsendung.

Ein Golgi-Apparat am Zellkernrand | Ein elektronenmikroskopischer Blick in die Zelle. Deutlich ist am unteren Rand ein Teil des Zellkerns zu sehen, sowie darüber die Membranstruktur des Golgi-Apparates, die ein wenig an gestapelte Pfannkuchen erinnert. Der Reaktionsraum ist etwa zwei Tausendstel Millimeter groß, umgeben ist er von winzigen Transportvesikeln.

Ähnlich komplex und effizient funktionieren auch die Transportvorgänge innerhalb des Golgi-Apparates, dem Zellorganell, das die Verteilerstelle im Stoffwechsel übernimmt. Wie dabei die molekularen Adressaten im Postversand der Zelle genau ausfindig gemacht werden, war bislang allerdings ein noch nicht völlig verstandenes Zellgeheimnis. Forscher des Max-Planck-Instituts für molekulare Zellbiologie und Genetik um Jörg Malsam glauben es nun ein wenig gelüftet zu haben.

Sie beschäftigten sich eingehend mit einer ganz bestimmten Eiweißsippe im zellulären Speditionsgewerbe – den Proteinen der so genannten Golgin-Familie, und wie diese die Transportrichtung bestimmter Zellcontainer beeinflussen, der COPI-Vesikel-Subpopulation.

Der Golgi-Apparat ist ein Zellkompartiment – ein Membran umschlossener Teilbereich der Zelle –, das meist in der Nähe des Kerns zu finden ist und eigentlich vollständig aus Membranstapeln besteht. Im abgegrenzten Raum zwischen den Membranen werden zum einen die vom endoplasmatischen Retikulum abgesonderten Produkte stufenweise chemisch abgewandelt, andererseits wird eine Vielzahl anderer Moleküle zu den verschiedensten Bereichen in der Zelle gelenkt. Im Prinzip ist der Golgi-Apparat also vergleichbar mit einer Verteilerstelle, die die Post – in diesem Fall bestimmte Moleküle – mit Boten in die einzelnen Haushalte schickt. Als Postboten fungieren dabei winzige Membranbläschen, von den Forschern Vesikel genannt, die ihre Fracht aufnehmen, sich ablösen und auf den Weg machen.

Um zu gewährleisten, dass sie den richtigen Weg einschlagen und bei der Verteilung in verschiedene Richtungen kein Chaos eintritt, muss freilich der Transport innerhalb des Golgi-Apparates genauestens koordiniert sein. Hier nun kommen die COPI-Vesikel ins Spiel: Sie dienen als Postboten oder Paketwagen und übernehmen sowohl den internen Golgi-Transport als auch den Transport zurück zum endoplasmatischen Retikulum. Nur: Wie werden die Transportrichtungen bestimmt und gelenkt?

Auf der Suche nach Antworten nahmen die Forscher zwei molekulare Kandidaten ins Visier: die Proteine p115 und CASP. Sie gehören zur Familie der Golgine und spielen vermutlich eine Rolle als Rezeptoren, also als Andockstellen für die COPI-Vesikel am Golgi-Apparat.

Sind diese Andockstellen genauso spezifisch wie Name und Adresse eines Postempfängers und damit eindeutig vom Postzusteller zu identifizieren? Landen in diesem "Briefkasten" nur bestimmte "Briefe"? Offenbar schon, wie die Forscher mit einem passenden Versuchsansatz herausfanden. Dabei koppelten sie die vermeintlichen Adressanker-Proteine jeweils separat an eine Glasoberfläche (in diesem Fall der Einfachheit halber an Labor-Objektträger). Tatsächlich konnten sie mit den so eindeutig gekennzeichneten Anlaufstellen Subpopulationen von Vesikeln herausfischen, die sich hinsichtlich ihrer zu befördernden Fracht klar voneinander unterschieden – abhängig davon, mit welchem der Adressproteine die Objektträger-Postempfänger gekennzeichnet worden waren.

Viele wichtige Funktionen von Zellen, angefangen von der Aufrechterhaltung der spezifischen Zusammensetzung von Membrankompartimenten bis hin zur Reizübertragung durch Nervenzellen werden durch zielgerichteten vesikulären Transport vermittelt. Ein Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen ist daher in der Zellbiologie von herausragender Bedeutung – die Arbeit der Dresdener Forscher sollte daher maßgeblich zum Verständnis gerichteter Transportvorgänge innerhalb der Zelle beitragen.