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Forscher des Max-Planck-Instituts für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) haben entdeckt, dass flüssige Strukturen im Zellinneren nach einer gewissen Zeit fest werden können. Ins Visier genommen hatten sie das Protein FUS, das mit der neurodegenerativen Erkrankung ALS (Amyotrophe Laterlsklerose) in Verbindung gebracht wird. Sie konnten zeigen, dass FUS zunächst in flüssiger Form, in kleinen Tröpfchen, vorkommt, bei zunehmender Alterung aber seinen Aggregatzustand ändert und verhärtet. Bei Experimenten mit Zellen, die Mutationen tragen, wie sie auch bei ALS-Patienten typisch sind, wurde dieser Vorgang sogar beschleunigt. Das zeigt, dass genau dieser Wechsel von flüssigem zu festem Zustand ein wichtiger Baustein für die Erklärung der Krankheit ALS ist – und sogar das Grundproblem bei vielen neurodegenerativen Krankheiten sein könnte. (Cell, 27. August 2015)

Es gibt in der Zelle viele kleine funktionelle Kompartimente, die nicht von einer Membran umhüllt sind: So wie sich Öl in Essig absetzt, bilden sie sich, indem sich flüssige Bestandteile von anderen Bestandteilen entmischen. Die Arbeitsgruppe von Anthony Hyman am MPI-CBG erforscht, welche Proteine die Bildung solcher flüssiger Kompartimente steuern. Für die Untersuchungen am Protein FUS haben sie sich mit einem Kollegen im Institut zusammengetan: Simon Alberti interessiert sich hauptsächlich für Proteine, die genau das Gegenteil tun und verklumpen. Das liegt daran, dass sie große Abschnitte in ihren Genen enthalten, die dazu führen, dass sich die Proteine falsch falten. Das Protein FUS gehört genau in diese Kategorie und wird zudem mit der Krankheit ALS in Verbindung gebracht.

Um FUS genau zu beobachten und zu charakterisieren, haben die Forscher mit einem neuartigen Mikroskop arbeiten können, das der Forschungsgruppenleiter und Direktor Gene Myers, ebenfalls am MPI-CBG, mit seinem Team entwickelt hat. Was die Forscher damit sehen konnten: Das Protein FUS verhält sich in gesunden Zellen wie eine Flüssigkeit: “Es bildet kugelförmige Tropfen, die Moleküle darin können sich frei bewegen, und kommen sich zwei Tropfen nahe, verschmelzen sie zu einem großen Tropen,” erläutert Hyun-Ok Lee, die Postdoc in der Gruppe von Tony Hyman ist und eine der beiden Erstautoren. Allerdings wechselt FUS bei ALS-Patienten seinen Aggregatzustand und wird fest: “Lässt man die Tropfen in einem Röhrchen im Labor altern, dann werden sie zu festen Strukturen”, so Avinash Patel, der zweite Autor der Studie. “Diese Entdeckung war ganz schön beeindruckend!”. Die Forscher konnten weiter zeigen, dass der Prozess des Wechsels von flüssig zu fest beschleunigt wird, wenn das FUS-Protein Mutationen trägt, die typischerweise auch bei der Erkrankung mit ALS in Patienten gefunden werden.

Mehr Wissen bedeutet mehr Lebensqualität

Diese Entdeckung ist ein weiteres Beispiel dafür, wie Untersuchungen in der Grundlagenforschung Wissen generieren können, das medizinische Relevanz hat. Die Beobachtung, dass flüssig geformte Strukturen in der Zelle verhärten können, könnte ein Erklärungsansatz für viele altersbedingte Krankheiten wie ALS, Alzheimer oder Parkinson sein. Mehr Wissen darüber ist der erste Ansatz für mehr Lebensqualität: “Mein Ziel ist nicht unbedingt, dass Menschen länger leben, aber auf jeden Fall, dass sie glücklicher leben”, so Patel.

Unter www.youtube.com/cellvideoabstracts gibt es ein Video, in dem die Forscher die Geschichte ihrer Entdeckung nacherzählen – Direktabruf unter youtu.be/8kbOK5N_TvM

Originalveröffentlichung:
Avinash Patel, Hyun O. Lee, Louise Jawerth, Shovamayee Maharana, Marcus Jahnel, Marco Y. Hein, Stoyno Stoynov, Julia Mahamid, Shambaditya Saha, Titus M. Franzmann, Andrej Pozniakovski, Ina Poser, Nicola Maghelli, Loic A. Royer, Martin Weigert, Eugene W. Myers, Stephan Grill, David Drechsel, Anthony A. Hyman, and Simon Alberti:
A Liquid-to-Solid Phase Transition of the ALS Protein FUS Accelerated by Disease Mutation
Cell, 27. August 2015