In unseren Zellen fallen ständig jede Menge Abfallstoffe an – defekte Proteine und Zellbestandteile, Nebenprodukte des Zellstoffwechsels oder auch überflüssig gewordenen Signalmoleküle. Damit sich dieser Zellmüll nicht anreichert und die Funktion der Zelle beeinträchtigt, wird er von der zelleigenen Müllabfuhr abgebaut. Zentraler Teil dieser Entsorgung sind die Lysosomen, kleine, von einer Lipidmembran umgebene Bläschen im Zytoplasma, in denen Dutzende verschiedener Enzyme gesammelt sind. Abfallstoffe werden in diese Kompartimente eingeschleust und dann darin durch die verschiedenen Enzyme in ihre Einzelteile zerlegt. Das Resultat sind Abbauprodukte in Form von Molekülen, die der Zelle wieder als Rohstoff für weitere Zellprozesse dienen können. “Der Prozess ist immens wichtig”, erklärt Seniorautor Dominic Winter vom Universitätsklinikum Bonn. “Wenn er nicht korrekt funktioniert, können Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson die Folge sein.” Auch für den Energiestoffwechsel der Zelle, die Erregerabwehr oder Reparaturmechanismen sind die Lysosomen und ihre Abbautätigkeit immens wichtig.
Umfassende Proteinbilanz der Lysosomen
Schon länger ist bekannt, dass Lysosomen sehr komplex aufgebaut sind und mehrere hundert Proteine beinhalten können. Wenn man Lysosomen aus Zellen isoliert und ihre Zusammensetzung mit Spezialgeräten analysiert, findet man oft mehr als 5000 unterschiedliche Proteine. Welche Funktion sie im Einzelnen haben und wie viele davon für die Abbautätigkeit der Lysosomen essenziell sind, ist jedoch schwer zu ermitteln. “Es kann sich auch um Moleküle handeln, die gerade in ihnen zerlegt werden”, erklärt Winter. “Andere hängen vielleicht von außen an ihrer Membran, ohne irgendeine Aufgabe zu erfüllen. Und auch bei der Isolierung der Lysosomen gibt es meist eine Menge unerwünschten Beifang.” Winter, seine Kollegin Fatema Akter und ihr Team haben daher ein Verfahren entwickelt, mit dem der Proteingehalt der Lysosomen ermitteln und ein großer Teil der unbeteiligten Moleküle identifiziert werden kann.
Für ihre Studie wendeten sie diese Analyseverfahren an sechs verschiedenen Zelllinien an, vier vom Menschen und zwei von der Maus. Die humanen Zellkulturen stammten aus der Niere, dem Gebärmutterhals, der Leber sowie dem Knochenmark und waren teilweise aus Krebstumoren entnommen worden. Die Analysen der Lysosomen-Proteine enthüllten, dass von den 5000 Proteinen, die typischerweise mit herkömmlichen Methoden gefunden werden, noch gut 1000 enger mit der Funktion der Lysosomen verknüpft sind. Einige hundert dieser Proteine kamen in fast allen Lysosomen vor – egal, aus welchem Gewebe diese stammten. “Darunter waren neben den bereits bekannten lysosomalen Eiweißen auch etwa 100 neue. Wir halten es für wahrscheinlich, dass diese ebenfalls für die Funktion der Nano-Schredder eine wichtige Rolle spielen”, erklärt Winter.
