Vermessung der Zellmembran - Öffentlichkeitsarbeit und

Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Forschen am Immunsystem
Die Vermessung der Zellmembran
Wie groß sind eigentlich 10 Nanometer? Und wie viel größer sind 10 Mikrometer? Nur wer die
Größenverhältnisse auf der Zelle richtig einschätzt, kann die Signalprozesse begreifen, die im Körper
ablaufen. Prof. Dr. Michael Reth erforscht die Membran der Immunzellen, um zu verstehen, wie der
menschliche Körper auf Fremdstoffe reagiert. Die Kartierung der Zellmembran ist der erste Schritt, um
herauszufinden, wie die Zelle funktioniert.
Ob mit dem Ziel, wirksame Impfstoffe zu entwickeln oder Immunerkrankungen zu bekämpfen: Die Zellen, die
im Blut und im Gewebe auf Fremdstoffe reagieren und Antikörper ausschütten, stehen im Mittelpunkt der
Immunforschung. Diese B-Zellen produzieren Antikörper, wenn sogenannte Antigene – Moleküle, die das
Immunsystem als Fremdstoffe erkennt – diese Zellen anregen. Nach einem Schlüssel-Schloss-Prinzip binden
diese Antigene an Rezeptoren auf der Außenmembran der B-Zellen. Wie diese Antigenrezeptoren die
fremden Moleküle erkennen und dadurch die Zelle aktivieren, versucht Prof. Dr. Michael Reth vom Institut für
Biologie III und Sprecher des Exzellenzclusters BIOSS Centre for Biological Signalling Studies der Universität
Freiburg herauszufinden. Dafür braucht er ein Gefühl für die Dimension, in der er sich bewegt.
Rezeptoren, die Fremdstoffe erkennen
Sein Untersuchungsobjekt, der Antigenrezeptor der B-Zelle, ist nur 10 Nanometer groß und befindet sich auf
der Zellmembran. Die Membran besteht aus Lipiden, die eine Fetthülle um die Zelle bilden. Da die B-Zelle im
Durchmesser circa sieben Mikrometer groß ist – 700-mal die Größe eines Rezeptors –, passen sehr viele
Antigenrezeptoren auf eine B-Zelloberfläche. Es können bis zu 120.000 sein.
Im Team auf der Membran
Lange dachten Forscher, die Rezeptoren schwimmen einzeln und zufällig verteilt in der Lipidschicht der
Zellmembran herum. Doch in einer Studie, die im Jahr 2010 erschien, zeigte Reth, dass die
Antigenrezeptoren sogenannte Oligomere bilden: Sie lagern sich in einem Abstand von 10 bis 20 Nanometer
nebeneinander an und bilden circa 100 Nanometer große Rezeptorinseln auf der Oberfläche der Zelle.
Reth wies jetzt nach, dass diese Gruppen von Antigenrezeptoren, deren Grundstruktur er in den 1980er
Jahren mit entschlüsselte, nach Bindung eines Antigens auseinanderfallen und dann erst die Zelle aktivieren.
Doch wie formen die Rezeptoren Oligomere? Wie organisieren sich die Rezeptoren in der Membran mit
anderen Membranproteinen? Wie viele verschiedene Rezeptorinseln bilden sie? Diese Kartierung der
Membran geht Reth im Rahmen seiner Forschung, die der Europäische Forschungsrat (ERC) 2013 mit einem
Advanced Grant auszeichnete, nun an.
Auflösungsgrenzen überwinden und Moleküle nachbauen
Dafür fehlten lange Zeit die richtigen Techniken: Erst die Superresolution-Mikroskopie, bei der die
Auflösungsgrenze des sichtbaren Lichts, die bei 250 Nanometer liegt, durch technische Tricks überwunden
wird, ermöglichen es, in die Nanowelt der Zellmembran einzutauchen. Reth und sein Team benutzen auch die
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Techniken der Synthetischen Biologie, um die Antigenrezeptoren in Fruchtfliegenzellen oder synthetische
Membranen zusammenzubauen und dadurch besser zu verstehen. Auf diese Weise können sie im Detail
beobachten, wie das Auseinanderfallen der Rezeptorcluster funktioniert. Das Schwerpunktprogramm BiNEP
(BIOSS Nanoscale Exploration Program) am BIOSS Centre for Biological Signalling Studies dient als Forum
für die Forscherinnen und Forscher des Exzellenzclusters, die weitere Rezeptoren, aber auch die Lipide in
der Membran erkunden.
Kontakt
Surprising Science
Annette K. Persch
Redaktion und Projektkoordination
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Stabsstelle Öffentlichkeitsarbeit und Beziehungsmanagement
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