Bildgebende Lipide verdeutlichen Zellbewegung und -adhäsion
Im Lauf einer Immunreaktion wandern Leukozyten an die Infektionsstelle, um den eindringenden Krankheitserreger zu bekämpfen. Diese Zellwanderung erfordert eine Modulation der Zelladhäsion. Dieser intensiv erforschte Prozess beruht auf speziellen Oberflächenproteinen, den sogenannten Integrinen. Es gibt immer mehr Beweise dafür, dass die innerhalb der Zellmembran vorhandenen Lipide gleichermaßen als Regulatoren der Signalkaskade dienen, welche die Integrinaffinität moduliert. Bis heute steht keine Technologie zur Überwachung der intrazellulären Produktion und Lokalisierung von spezifischen Lipiden im Zusammenhang mit der Leukozytenrekrutierung zur Verfügung. Zur Bildgebung von kleinen Molekülen in Echtzeit in lebenden Zellen benötigt man üblicherweise fluoreszierende Proteine. Um die existierenden Einschränkungen in der Bildverarbeitung zu überwinden, entwickelten die Wissenschaftler des EU-finanzierten TROJAN-LIPID-SENSOR-Projekts neuartige Sensoren, die direkt an Lipide binden können. Das Konsortium musste in Bezug auf die Sensorentwicklung viele Herausforderungen meistern. Die Wissenschaftler hatten zunächst einen RNA-basierten Lipid-Biosensor im Fokus, der als ein pharmakologisches Werkzeug für Zellen dienen könnte. Unter Einsatz der SELEX-Technologie entwickelte das Konsortium RNA-basierte Lipidsensoren, indem man mit Sorgfalt RNAs mit Bindefähigkeit an Zielmoleküle auswählte. Die erzeugten Lipidsensoren weisen einen Liganden-bindenden RNA-Bestandteil und einen zweiten Bestandteil (RNA-Aptamer) mit der Bezeichnung Spinach auf, der an die Fluoreszenz eines kleinen Moleküls bindet und es anschaltet. Die Reaktionsbedingungen des Sensors waren jedoch nicht mit lebenden Zellen vereinbar und resultierten in einer suboptimalen Bildgebung. Neuartige Technologie sorgt für Bildgebung in Echtzeit Um eine Bildgebung der Lipiddynamik im Zusammenhang mit der Leukozytenwanderung zu ermöglichen, arbeiteten die Wissenschaftler mit einer Gruppe an der Houston University zusammen, und sie setzten einen GFP-konjugierten Sensor ein. In Kombination mit moderner Fluoreszenzmikroskopie waren diese GFP-konjugierten Sensoren in der Lage, die Lokalisation zu erfassen sowie dynamische Veränderungen eines Schlüssellipids der Zellmembran aufzuspüren. „Interessanterweise konnten wir entdecken, dass dieses Lipid an den Vorsprüngen der Zellmembran kleine ‘Inseln’ bildet“, erklärt Postdoktorand Dr. Bolomini-Vittori. Diese Vorsprünge sind als Podosomen oder ‘kleine Füße’ bekannt und werden in der Hauptsache vom Zell-Zytoskelett angetrieben. „Unsere Ergebnisse belegen, dass Lipide die Podosomenbildung fördern, und das möglicherweise durch Beeinflussung der Rezeptor- oder Proteinorganisation“, fährt Dr. Bolomini-Vittori fort. Zudem identifizierten die kooperierenden Gruppen zwei Enzyme, die für die Produktion dieser Lipidmoleküle an der Zellmembran verantwortlich sind, wodurch man einen grundlegenden Einblick in den Mechanismus der Zellmigration erhielt. Anwendungen des Lipidsensors Im Lauf der Jahre hat sich die Sichtweise der Wissenschaftler auf die Organisation der Zellmembran dramatisch verändert. Allgemein anerkannt ist heute, dass neben der strukturellen Rolle die Verteilung von Proteinen und Lipiden in speziellen Membrandomänen bestimmten zellulären Funktionen wie etwa Proliferation, Adhäsion und Migration dient. Von daher zeichnen sich Membrandomänen – und die vorhergehend erwähnten Lipidinseln – als attraktive Ziele zur Behandlung verschiedener neurologischer und kardiovaskulärer Erkrankungen ab. Anstrengungen in Sachen Arzneimittelentwicklung, bei denen es um die Auslösung oder Unterbrechung der Struktur dieser Domänen geht, können mit diesen Erkrankungen verknüpfte spezifische Zellfunktionen fördern oder stoppen. Und Projektkoordinatorin Dr. Cambi ist der Ansicht, dass „es ein wichtiger Schritt hin zur Diagnose sein könnte, wenn man in der Lage wäre, winzige und schnelle Veränderungen in den Zelllipidzusammensetzungen nachzuweisen, die mit dem Ausbruch verschiedener Krankheiten einhergehen.“ Neben Diagnose und Behandlung stellt sie sich die Strategie von TROJAN-LIPID-SENSOR als eine Möglichkeit zur Untersuchung des Verhaltens von Krebszellen vor. Berücksichtigt man außerdem, dass Krebszellen in das umgebende gesunde Gewebe eindringen und Metastasen verursachen, so wird das Verständnis der Rolle von Lipidinseln bei der Krebszellwanderung wichtige Einblicke in den Mechanismus der Metastasierung gewähren.
Schlüsselbegriffe
TROJAN-LIPID-SENSOR, Lipid, Protein, Zellmembran, Krebs, Podosomen
