Spurensuche: Wenn Proteine sich treffen

Projekttitel: Tunneling nanotubes and mitochondria: Intracellular interactions and intercellular trafficking investigated with new intein-based techniques
Projektleitung: Karin Busch, Henning Mootz
Projektlaufzeit: 11/2017 - 12/2018
Projektkennziffer: FF-2017-07

Wie produzieren Zellen die Energie, die für unsere Körperfunktionen notwendig sind? Welche Proteine spielen dabei eine Rolle? Und welche Prozesse laufen genau bei der Energieproduktion auf dem zellulären Niveau ab? Mit diesen Fragen beschäftigt sich Zellbiologin Prof. Karin Busch. Sie forscht an Mitochondrien, die in jeder menschlichen Körperzelle vorhanden und die Produktionsstätten für die körpereigene Energie sind. Mitochondrien übernehmen zudem vielfältige Funktionen im Körper und stehen daher im Zentrum der zellulären Gesundheit. So vermuten Forscher etwa, dass eine Schädigung oder Fehlfunktion von Mitochondrien Erkrankungen des Nervensystems wie Alzheimer oder Parkinson fördert.

In diesem Forschungsprojekt steht nun das Verhalten von Proteinen innerhalb von Mitochondrien im Fokus. Ganz konkret geht es um die Fragen: Bilden bestimmte Proteine in aktiven Mitochondrien vermehrt Komplexe? Und gibt es einen Austausch von Mitochondrien oder Mitochondrien-Proteinen zwischen zwei Zellen? Um diese Fragen zu beantworten, wollen Biochemiker Prof. Henning Mootz und Prof. Karin Busch eine neue Markierungsmethode entwickeln und etablieren. Diese Technik soll es erlauben, die Interaktion von Proteinen über die Lebendzell-Mikroskopie sichtbar zu machen. Das soll mittels verschiedener Fluoreszenzmarkierungen möglich werden, die über bereits etablierte Methoden wie Resonanz-Energie-Transfer hinausgehen. Mit der Technik sollen Wissenschaftler ebenso differenzieren können, ob ein Protein vereinzelt oder in Interaktion in einem Komplex vorliegt. Dies gelingt, da sich die beiden Formen des Proteins unterschiedlich bewegen und sich die Bewegungsmuster aufzeichnen lassen.

In einem zweiten Teilprojekt wollen die Wissenschaftler ihre neue Markierungsmethode anwenden, um eine weitere offene Frage zu lösen. Was passiert, wenn Mitochondrien altern oder geschädigt werden und dadurch nicht mehr so aktiv arbeiten? Forscher gehen aktuell davon aus, dass Zellen bestimmte Proteine bis hin zu ganzen Mitochondrien untereinander weitergeben, um schwächere Zellen zu unterstützen. Die Hypothese: Zellen tauschen wichtige Komponenten über sogenannte Tunneling Nanotubes (TNTs) aus. Das sind Versorgungsleitungen mit dem zehnfach kleineren Durchmesser eines menschlichen Haares. Das Problem der bisherigen Nachweise: Wissenschaftler haben die Mitochondrien lediglich mit einem löslichen Farbstoff markiert. Dieser kann sich allerdings von den Mitochondrien trennen und somit auch unabhängig von ihnen von einer Zelle zur anderen wandern. Karin Busch und Henning Mootz möchten mit ihrer neu entwickelten Methode nun unmissverständlich prüfen, ob nur lösliche Moleküle oder ganze Mitochondrien unter den Zellen ausgetauscht werden können.

Die neue Methode soll in Zukunft genaue Informationen darüber liefern, wie sich Zellen in Stress- oder Mangelsituationen zu Hilfe eilen und den Energiehaushalt stabil halten. Langfristig möchten die Wissenschaftler ebenso die Frage beantworten, ob es im Falle einer unterversorgten Zelle ausreicht, bestimmte Proteine zu ersetzen, oder ob Bauanleitungen für Proteine ausgetauscht werden müssen, um die Energieversorgung wieder zu verbessern.