Leiterin der Forschungsgruppe

Dr. Naoko Mizuno
Dr. Naoko Mizuno

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Wie verändern Zellen ihre Form?

Forschungsgruppe „Zellulärer Membrantransport" (Naoko Mizuno)

Auch Zellen „essen“, indem sie Nährstoffe aus der Umgebung aufnehmen. Während kleinere Moleküle direkt durch die Zellmembran diffundieren oder über Membrankanäle transportiert werden können, sind „große Brocken“ für Zellen nur schwer zu schlucken. Wollen sie große Moleküle oder sogar ganze Zellen aufnehmen, werden diese in runde Membranbläschen, so genannte Vesikel, eingeschlossen und ins Zellinnere geschleust.
Naoko Mizuno möchte diesen zentralen Transportmechanismus (Endozytose) mit ihrer Forschungsgruppe „Zellulärer Membrantransport“ im Detail verstehen. Die Endozytose ist einer der wichtigsten Transportwege der Zelle und ein hochdynamischer Prozess. Die Vesikel sind deshalb selten von Dauer: Sie werden wieder in die Zellmembran integriert oder verschmelzen mit anderen Membranen innerhalb der Zelle, wo sie dann ihren Inhalt abgeben. Die Endozytose hilft auch beim Sortieren und dem Recycling zellulärer Proteine, wobei unablässig Vesikel gebildet und wieder aufgelöst werden. Im Fokus von Naoko Mizunos Forschungsgruppe steht die grundlegende Frage, wie Membranen überhaupt gekrümmte Strukturen bilden können, aus denen später Vesikel entstehen.
Zellmembranen sind keine festen Hüllen, sondern bestehen aus „schwimmenden“ Lipidschichten, die vielfach von Proteinen durchsetzt sind. Um aus einer flächigen Zellmembran ein rundes Vesikel zu bilden, muss sich die Membran flexibel krümmen können. Dies geschieht nicht spontan - die Membran muss aktiv stabilisiert werden. Dieser Prozess ist bisher nur wenig verstanden. Naoko Mizuno möchte diese Mechanismen anhand der Endozytose entschlüsseln. Bei ihren Untersuchungen setzt sie auf unterschiedliche Methoden der Biophysik und Strukturbiologie, die sie kombiniert und für spezielle Anwendungen weiterentwickelt. Kerntechniken sind die Röntgenstrukturanalyse sowie bildgebende Verfahren wie die Lichtmikroskopie und die Kryo-Elektronenmikroskopie. Vor allem mit letzterer können die Wissenschaftler große molekulare Komplexe wie Vesikel in ihrer ursprünglichen Struktur und Umgebung abbilden – und dies in hoher Auflösung.
Schnüren sich die kugeligen Vesikel von der Membran ab, bleiben sie bis zur endgültigen Abtrennung über eine Art Membranröhre mit der Zellmembran verbunden. Naoko Mizuno konnte diesen Prozess in einer Studie außerhalb der Zelle bereits nachstellen. Entscheidende Faktoren hierbei sind die Moleküle α-Synuclein, Endophilin und Amphiphysin, welche die normalerweise flächige Membran so stabilisieren, dass eine zylindrische Struktur entstehen kann. Diese Faktoren bilden eine molekulare „Wendeltreppe“ – eine lange Helix, die sich in die Membran einbettet und sie dadurch zu einer Röhre formen kann.
Doch die Endozytose ist nicht nur ein essentieller Transportmechanismus für die Aufnahme von größeren Nahrungsbestandteilen, sondern dient auch als Eintrittspforte für unliebsame Gäste.
Viren wie HIV oder Influenza und andere gefährliche Erreger finden hier ihren Weg in die Zelle. All diese Keime sind bei der Infektion von Wirtszellen auf die Endozytose angewiesen, was Mizunos Arbeiten auch medizinisch relevant macht.

 
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