Wissenschaftler am Institut für Integrierte Zell-Materialwissenschaften (WPI-iCeMS) der Universität Kyoto haben neue Details darüber entdeckt, wie Zellen die Verteilung von Lipiden in ihrer Zellmembran steuern. Diese Lipide, bekannt als Phospholipide, sind in einer Doppelschicht von Membranen angeordnet und regulieren den Ein- und Austritt bestimmter Moleküle, um eine stabile innere Umgebung aufrechtzuerhalten.
Phospholipide sind normalerweise ungleichmäßig über die Zellmembran verteilt, wobei sich einige Typen innen und andere außen befinden. Zellen müssen diese Verteilung jedoch schnell als Reaktion auf Umwelt- oder interne Signale ändern. Der Prozess der Bewegung von Phospholipiden von einer Seite der Membran zur anderen, bekannt als Phospholipid-Scrambling, kann bestimmte Phospholipide an die Außenseite der Zelle bringen. Diese Freilegung ist für mehrere Funktionen wichtig, darunter die Blutgerinnung und die Entfernung unerwünschter Zellen.
Die neue Forschung, veröffentlicht In NaturkommunikationProteinkomplexe identifiziert, die in diesem Prozess eine wesentliche Rolle spielen.
„Wir haben entdeckt, dass bei der Aufnahme von Kalzium in Zellen ein spezifischer Proteinkomplex, zu dem der Ionenkanal Tmem63b und der Vitamin-B1-Transporter Slc19a2 gehören, eine Phospholipid-Durchmischung auslöst“, erklärt Professor Jun Suzuki, der die Studie leitete.
Kalzium dient als Signal, das verschiedene zelluläre Prozesse wie die Ionenkanalsteuerung und die Phospholipid-Vermischung aktivieren kann, wenn es in die Zelle gelangt. „Als Tmem63b gelöscht wurde, verloren die Zellen die durch Kalzium induzierte Phospholipid-Vermischungsaktivität“, sagt Han Niu, der Erstautor der Studie.
„Umgekehrt führen bestimmte genetische Mutationen im Tmem63b-Gen, die mit Krankheiten wie Epilepsie und Anämie in Verbindung stehen, zu einer kontinuierlichen Aktivierung des Phospholipid-Scramblings, selbst ohne Kalziumstimulation.“
Die Forscher fanden außerdem heraus, dass Kcnn4, ein durch Kalzium aktivierter Kaliumkanal, diesen Prozess beeinflusst. Wenn entweder Slc19a2 oder Kcnn4 fehlten, nahm die Phospholipid-Vermischung ab. Dies zeigt, dass Tmem63b, Slc19a2 und Kcnn4 zusammenarbeiten, um die Phospholipid-Vermischung zu regulieren.
Frühere Studien von Suzuki und Kollegen hatten andere Proteine identifiziert, die an der Phospholipid-Vermischung beteiligt sind, konnten aber nicht alle Fälle erklären. Die neue Entdeckung zeigt, dass Tmem63b und Slc19a2 als aneinander gebundenes Paar zusammenarbeiten, um diesen Prozess auszulösen, während die anderen Proteine als Paare aus zwei Kopien desselben Proteins arbeiten.
Das Team fand außerdem heraus, dass Veränderungen der Spannung der Plasmamembran der Zelle dazu beitragen könnten, den Tmem63b/Slc19a2-Komplex zu aktivieren. Wenn Kalzium in die Zelle eindringt und Kaliumionen über Kcnn4 austreten, kann dies dazu führen, dass die Zelle schrumpft. Diese Schrumpfung kann Veränderungen der Zellmembranspannung verursachen und so die Aktivierung von Tmem63b mit einem Anstieg des intrazellulären Kalziums erleichtern. Dieser Aktivierungsmechanismus könnte erklären, wie Nervenzellen und rote Blutkörperchen sich durch Phospholipid-Scrambling an Umweltveränderungen anpassen.
Die Forscher hoffen, dass ihre Erkenntnisse zu neuen Behandlungsmethoden für Krankheiten führen, bei denen der Phospholipid-Scrambling gestört ist, darunter Epilepsie und Anämie.
Weitere Informationen:
Han Niu et al., Phospholipid-Scrambling induziert durch einen Ionenkanal/Metabolitentransporter-Komplex, Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-51939-w
Zur Verfügung gestellt vom Institute for Integrated Cell-Material Sciences, Kyoto University