Wiederherstellung der Zellmembran

Fresszellen reparieren Muskelfasern

Jeder kennt das brennende Gefühl in unseren Beinen, wenn wir lange steil bergab laufen. Das kommt von winzigsten Rissen in der Zellmembran unserer Muskelfasern. Diese Löcher in den Zellhüllen müssen schnellstens geschlossen werden, da Muskelzellen sonst sterben. Mit Hilfe hochauflösender Echtzeitmikroskopie konnten Forscher am KIT diesen Reparaturprozess verfolgen. In Sekundenschnelle baut sich aus Bauteilen aus dem Inneren der verletzten Zelle ein Reparaturflicken auf, der schließlich das Membranloch schließt. Die Forscher des KIT konnten nun zeigen, dass im Muskel umherwandernde Fresszellen in geradezu nanochirurgischen Eingriffen diesen Reparaturflicken dann wieder entfernen, um die normale Struktur der Zellmembran herzustellen.

Fresszelle entfernt Reparaturflicken. Maßstab: 4 µm.
Fresszelle entfernt Reparaturflicken. Maßstab: 4 µm.
Quelle: KIT/Volker Middel

Die Zellen unserer Skelettmuskulatur haben effektive Mechanismen, um Risse in ihrer Zellmembran zu reparieren. Diese Risse entstehen selbst durch  normale gesundheitsfördernde mechanische Belastung unsere Muskulatur. Die Zellmembran stellt eine wichtige Barriere dar, welche für die Funktion und das Überleben von Zellen wichtig ist. Wenn diese Barriere zusammenbricht und nicht schnell repariert werden kann, stirbt die Muskelzelle ab. Die Folge ist Muskelschwund. Menschen, die Defekte in Reparaturproteinen, wie zum Beispiel dem Dysferlin haben, entwickeln Muskelschwund, der schwerste Behinderungen und  frühzeitigen Tod zur Folge hat.

In einer interdisziplinären Zusammenarbeit der KIT-Forschergruppen von Uwe Strähle und Gerd Ulrich Nienhaus, entwickelten die Doktoranden Volker Middel und Lu Zhuo neue Techniken, um Membranreparaturprozesse in höchster Auflösung in Echtzeit in menschlichen Zellen und in Muskelzellen des Zebrafischembryos zu untersuchen.  Sie zeigten, dass der Reparaturflicken neben Abdichtungsproteinen, wie das Dysferlin oder die Annexine,  auch das Lipid Phosphatidylserin angereichert hat. Phosphatidylserin ist ein bekannter Appetitanreger für Fresszellen, den sogenannten  Makrophagen.

Im Film konnten die Forscher des KIT zeigen, dass die Makrophagen tatsächlich an den Reparaturflicken andocken und diesen auffressen. Erst durch Entfernen des Flickens wird die Zellhülle wieder vollständig hergestellt.  Membranreparatur im intakten Muskel benötigt daher zusätzlich zu der Reparaturflickenbildung in der verletzten Zelle die Hilfe von umherwandernden Makrophagen. Sie konnten weiterhin zeigen, dass eine kurze Aminosäuresequenz im Reparaturprotein Dysferlin für den Transport des Phosphatidylserins verantwortlich ist. Bemerkenswerterweise gibt es Patienten mit Muskelschwund, die genau in dieser Stelle des Dysferlins einen Defekt aufweisen. Die neuen Erkenntisse können daher dazu beitragen, Therapien für Patienten mit Muskelschwund zu entwickeln.

 

Quelle: Karlsruher Institut für Technologie

20.09.2016

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