Forscher entdecken, wie Zellen die Aktivität von Makropinozyten modulieren

Makropinozytose ist einer der Hauptwege, über den Zellen extrazelluläre Flüssigkeiten nicht selektiv internalisieren. Der Laborstamm Dictyostelium discoideum dient als wertvolles Modell zur Untersuchung der Regulation der Makropinozytose.

Bei dieser Modellzelle handelt es sich um eine soziale Amöbe, die als einzelne Zelle existiert, wenn Nährstoffe reichlich vorhanden sind, und Makropinozytose nutzt, um Nährstoffe aufzunehmen. Unter Bedingungen des Nährstoffmangels tritt es in ein Entwicklungsstadium ein und durchläuft eine gezielte Wanderung, um mehrzellige Strukturen zu bilden. Die molekularen Mechanismen hinter diesem Übergang von der Makropinozytose zum Migrationsmodus sind noch unklar.

In einer Studie veröffentlicht In Entwicklungszelle Am 6. Februar enthüllten Forscher unter der Leitung von Prof. Cai Huaqing vom Institut für Biophysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften zusammen mit Prof. Li Lei von der Universität Peking die molekularen Mechanismen, durch die Zellen den Grad der Makropinozytose als Reaktion auf Nährstoffe regulieren Stress.

Durch vorwärtsgerichtetes genetisches Screening und Massenspektrometrie identifizierten die Forscher zunächst zwei Transkriptionsfaktoren, Hbx5 und MybG, die an der Makropinozytose beteiligt sind.

Mithilfe von Mikroskopie, biochemischen Experimenten, RNA-Seq und ChIP-Seq fanden die Forscher heraus, dass Hbx5 und MybG einen heterodimeren Komplex bilden. Während der Nährstoffwachstumsphase lokalisiert dieser Komplex den Zellkern und reguliert die Expression von Genen, die an der Makropinozytose beteiligt sind, wodurch ein hohes Maß an Makropinozytose aufrechterhalten wird.

Unter Nährstoffstress führt die oszillierende cAMP-Signalübertragung dazu, dass der Hbx5-MybG-Komplex einen nukleozytoplasmatischen Shuttle durchläuft, was zu einer Herunterregulierung der an der Makropinozytose beteiligten Gene führt. Wenn die Frequenz der cAMP-Oszillationssignale während der Entwicklung zunimmt, hört der Hbx5-MybG-Komplex auf zu pendeln und wird im Zytoplasma gefangen, wodurch die Expression von Genen ausgeschaltet wird, die die Makropinozytose fördern, und der Übergang zum gerichteten Migrationsverhalten erleichtert wird.

Diese Studie hat wichtige regulatorische Komponenten identifiziert, die es Zellen ermöglichen, die Makropinozytose aufrechtzuerhalten und ihren Spiegel als Reaktion auf Nährstoffstress zu modulieren. Es liefert nicht nur neue Einblicke in die molekularen Mechanismen, durch die Zellen die Makropinozytose als Reaktion auf Umweltveränderungen regulieren, sondern eröffnet auch neue Möglichkeiten für die Untersuchung der Dekodierungsmechanismen der oszillierenden Signalübertragung in Zellen.