Transport von Proteinen durch lebende Zellmembranen
Die Geschwindigkeit, mit der sich Proteine in Zellen bewegen, hat maßgeblichen Einfluss auf ihre biologische Funktion, etwa die Reaktionsgeschwindigkeit. Das Projekt D_IN_VIVO (A general law describing the diffusion of membrane proteins in vivo based on single molecule tracking of membrane proteins in Escherichia coli) entwickelte daher Methoden, um den Effekt von Viskosität bei Membranen zu messen. Zunächst untersuchte D_IN_VIVO die Diffusionsrate von Proteinen, und zwar abhängig vom Raum, den die Proteine in der Membran einnehmen. Da ein anderes Projekt jedoch zu einer ähnlichen Thematik forschte, befasste sich D_IN_VIVO stattdessen mit dem noch unbekannten Einfluss der Membranviskosität auf die Geschwindigkeit der Proteinbewegung. Wie bei den vorangegangenen Studien wurde der Diffusionsrate das Saffman-Delbrueck (SD)-Modell zugrundegelegt. Weitere Expertise wurde im Bereich Einzelmolekülbeobachtung, Programmierung und Einrichtung eines Mikroskops benötigt. D_IN_VIVO arbeitete nicht mit dem Fluoreszenzprotein mEos2, sondern mit PamCherry, um Blinken zu vermeiden. Mit Hilfe molekularer Rotoren, die ein anderes Labor am Imperial College, London, entwickelt hatte, bestimmten die Forscher die Viskosität von lebenden E. coli-Plasmamembranen, Sphäroplasten und Vesikeln aus bakteriellen Lipidextrakten. Dabei stellte sich ein Zusammenhang zwischen Fluoreszenzemission und Viskosität molekularer Rotoren heraus. Die Viskosität war offensichtlich noch höher als in anderen lebenden Zellmembranen (eukaryotischen und vegetativen Zellen der Gattung Bacillus), was auf eine hochorganisierte Lipidstruktur in der Flüssigphasenmembran hindeutet. Die Viskosität entsprach den Ergebnissen, die die andere Gruppe mit dem SD-Modell ermittelte. Die Resultate wurden in einem Beitrag im Biophysical Journal vorgestellt. Die Viskosität ist ein entscheidender Parameter von Plasmamembranen, da sie die Diffusionsrate bei niedermolekularen Substanzen und Proteinen reguliert. Damit lieferte das Projekt wichtige Daten, die für die Verabreichung von Wirkstoffen und Geschwindigkeit intrazellulärer Reaktionen maßgeblich sind.
Schlüsselbegriffe
Protein, lebende Zellmembranen, Diffusion, D_IN_VIVO, Viskosität
