Protein dient als Bruchstelle für den Bruch der Zellmembran beim Zelltod

Jeden Tag sterben Millionen von Zellen in unserem Körper. Zellen platzen am Ende ihres Lebens nicht einfach, sondern ein bestimmtes Protein dient als Bruchstelle für den Bruch der Zellmembran. Forscher der Universität Basel konnten nun den genauen Mechanismus auf atomarer Ebene aufklären. Ihre Ergebnisse haben sie in veröffentlicht Natur.

Der Zelltod ist für alle Organismen von entscheidender Bedeutung. Geschädigte oder mit Viren oder Bakterien infizierte Zellen eliminieren sich selbst, indem sie ein eingebautes „Selbstmord“-Programm starten, das die Entstehung von Tumoren und die Ausbreitung von Krankheitserregern im Körper verhindert.

Bis vor Kurzem ging man davon aus, dass Zellen am Ende ihres Lebens einfach platzen und absterben. Nun haben Forschende des Biozentrums der Universität Basel, der Universität Lausanne und des Departements Biosystems Science and Engineering (D-BSSE) der ETH Zürich neue Erkenntnisse über den letzten Schritt des Zelltods geliefert. Im Tagebuch NaturSie beschreiben, wie sich ein Protein namens Ninjurin-1 zu Filamenten zusammenfügt, die wie ein Reißverschluss funktionieren, die Zellmembran öffnen und so zum Zerfall der Zelle führen. Die neuen Erkenntnisse sind ein wichtiger Meilenstein zum Verständnis des Zelltods.

Protein fungiert als Bruchstelle in der Zellmembran

Verschiedene Signale, etwa bakterielle Bestandteile, lösen die Zelltodmaschinerie aus. Im Endstadium dieses Prozesses wird die Schutzmembran der Zelle durch winzige Poren beschädigt, die den Ionenstrom in die Zelle ermöglichen. „Die allgemeine Auffassung war, dass die Zelle dann anschwillt, bis sie schließlich aufgrund des zunehmenden osmotischen Drucks platzt“, erklärt Professor Sebastian Hiller, der eine Forschungsgruppe am Biozentrum der Universität Basel leitet. „Wir klären jetzt, wie die Zellen wirklich platzen. Anstatt wie ein Ballon zu platzen, sorgt das Protein Ninjurin-1 für eine Bruchstelle in der Zellmembran, die an bestimmten Stellen zum Bruch führt.“

Mithilfe fortschrittlicher Techniken wie hochempfindlicher Mikroskope und NMR-Spektroskopie konnten die Wissenschaftler den Mechanismus aufklären, durch den Ninjurin-1 den Membranbruch auf der Ebene einzelner Atome induziert. Ninjurin-1 ist ein kleines Protein, das in die Zellmembran eingebettet ist.

„Bei Erhalt des Selbstmordbefehls bündeln sich zunächst zwei Ninjurin-1-Proteine ​​und treiben einen Keil in die Membran“, erklärt Morris Degen, Erstautor der Studie und Ph.D. Student am Ph.D. Schule des Swiss Nanoscience Institute. „Durch die Anlagerung vieler weiterer Proteine ​​an den Ausgangskeil entstehen große Läsionen und Löcher. Auf diese Weise wird die Zellmembran Stück für Stück aufgerissen, bis die Zelle vollständig zerfällt.“ Anschließend werden die Zelltrümmer durch den körpereigenen Reinigungsdienst entfernt.

„Mittlerweile ist klar, dass die Zellen ohne Ninjurin-1 nicht platzen. Durch den Ioneneinstrom schwellen sie zwar bis zu einem gewissen Grad an, ein Membranriss hängt aber von der Funktion dieses Proteins ab“, ergänzt Hiller. „Das Lehrbuchkapitel über den Zelltod wird um diese wunderschönen strukturellen Erkenntnisse erweitert.“

Das tiefere Verständnis des Zelltods wird die Suche nach neuen Angriffspunkten für Medikamente erleichtern. Therapeutische Interventionen zur Behandlung von Krebs sind denkbar, da einige Tumorzellen dem programmierten Zelltod entgehen. Auch bei vorzeitigem Zelltod, der bei neurodegenerativen Erkrankungen wie der Parkinson-Krankheit oder bei lebensbedrohlichen Erkrankungen wie dem septischen Schock beobachtet wird, könnten Medikamente, die in diesen Prozess eingreifen, eine mögliche Behandlungsoption sein.