Wie Nährstoffe die Oberfläche von Zellen regulieren

Das Wachstum und Überleben aller Zellen hängt davon ab, wie sie auf Wachstumsfaktoren und Nährstoffe in ihrer Umgebung reagieren. Dazu gehört auch, dass Zellen ihre Oberfläche an die Umgebung anpassen. Bestimmte Eiweiße (Proteine) müssen an die Oberfläche transportiert werden während gleichzeitig andere Proteine selektiv von der Oberfläche entfernt werden. Der Vorgang, der für das Entfernen von Proteinen von den Zelloberfläche verantwortlich ist, wird Endozytose genannt. Dabei werden Proteine in kleine Membran-Säcken (Vesikel) verpackt, die sich von der Oberflache abschnüren und dann in das Innere der Zelle transportiert werden, wo sie schlussendlich in Lysosomen abgebaut werden. Wir konnten vor kurzem zeigen dass der Abbau von Membrane-Proteinen durch Nährstoff- Mangel stimuliert wird. Warum? Interessanterweise dient der endozytotische Abbau von Membrane- Proteinen dazu bestimmte Stoffwechsel-Wege am Laufen zu halten während die Zellen hungern. Dadurch sind Zellen in der Lage Hunger-Bedingungen zu überleben. Die molekularen Mechanismen, die dieser Hunger-induzierten Endozytose zugrunde liegen, sind nicht verstand. Daher ist es das Ziel dieses Forschungsprojekts (i) Gene zu identifizieren die für diesen Prozess essentiell sind und (ii) zu untersuchen wie sie funktionieren um (iii) schlussendlich ein möglichst komplettes und mechanistisches Verständnis von Hunger-induzierter Endozytose zu bekommen. Um diese Ziele zu erreichen werden wird Hefe-Genetik, mit quantitativer Proteomik und Hochdurchsatz- Mikroskopie und detaillierten zellbiologischen Analysen kombinieren. Wir sind zuversichtlich dass die Resultate unserer Studie grundlegende und breite biologische Implikationen haben, die dazu beitragen werden zu verstehen wie Zellen ihre Oberfläche unter Nährstoffmangel regulieren. Des Weitern nehmen wir an, dass diese Erkenntnisse zum besseren Verständnis von metabolischen Erkrankungen und Krebs beitragen könnten.

Wie Zellen entscheiden was und wieviel sie essen Das Wachstum aller Zellen hängt davon ab, welche und wieviel Nährstoffe sie aus ihrer Umgebung aufnehmen. Dazu gehört auch, dass Zellen das Repertoir ihrer Nährstoff-Transporter an die Umgebung immer wieder adjustieren. Unter bestimmten Umständen werden die einen Nährstoff-Transporter an die Zell-Oberfläche transportiert, während andere selektiv von der Oberfläche entfernt werden. Der Vorgang, der für das Entfernen von Proteinen von den Zelloberfläche verantwortlich ist, wird Endozytose genannt. Dabei werden Proteine in kleine Membran-Säcken (Vesikel) verpackt, die sich von der Oberflache abschnüren und dann in das Innere der Zelle transportiert werden, wo sie schlussendlich in Lysosomen abgebaut werden. Wir konnten vor kurzem zeigen, dass der Abbau von Nährstoff-Transporter durch Nährstoff-Mangel stimuliert wird. Warum? Interessanterweise dient der Abbau von Nährstoff-Transporter dazu bestimmte Stoffwechsel-Wege am Laufen zu halten, während die Zellen hungern. Dadurch sind Zellen in der Lage Hunger-Bedingungen zu überleben. Jetzt gelang es uns, die molekularen Mechanismen, die dieser Hunger-induzierten Endozytose zugrunde liegen, zu entschlüsseln. Wir konnten zeigen, dass Zellen die hungern und daher nicht wachsen müssen, metabolische Signalwege nutzen um sogenannte Ubiquitin-Ligase Komplexe zu aktivieren. Die aktivierten Ubiquitin-Ligase Komplexe, markieren dann gezielt bestimmte Nährstoff-Transporter, damit sie selektiv von der Zelloberfläche entfernen und abgebaut werden können. Wir verstehen jetzt auch besser wie diese Ubiquitin-Ligase Komplexe Nährstoff-Transporter, die nicht mehr gebraucht werden, erkennen und für den Abbau markieren. Wir sind zuversichtlich, dass die Resultate unserer Studie grundlegende und breite biologische Implikationen haben, die dazu beitragen zu verstehen wie Zellen ihre Nährstoffaufnahme regulieren, damit metabolische Homöostase erhalten. Sprich, wir verstehen jetzt besser wie Zellen die wachsen müssen, viele essen können, und Zellen die nicht mehr wachsen sollen, grade die richtige Menge an Nahrung konsumieren können. Wir nehmen an, dass diese Erkenntnisse zum besseren Verständnis von metabolischen Erkrankungen und Krebs (Krebszellen essen viel um schnell zu wachsen) besonders beitragen könnten.