Wie ein Protein die Zellmembran formt
Die Membranen unserer Zellen haben viele Funktionen. Sie sind nicht nur ein mechanischer Schutz, sondern kontrollieren auch genau, welche Substanzen in die Zellen hinein- oder aus ihnen herausgelangen. Kommen sie diesen Aufgaben nicht nach, drohen Krankheiten. Entsprechend komplex ist ihr Aufbau: Die äußere Zellmembran weist zum Beispiel oft flaschenförmige Einstülpungen auf, die Caveolae. Sie schützen unter anderem die Zellen der Blutgefäße, die häufig starken mechanischen Kräften ausgesetzt sind. Zudem dienen die Caveolae als Signalzentren, die beispielsweise helfen, den Blutdruck zu regulieren. Auch Nährstoffe, vor allem Fettsäuren, nehmen die Zellen über sie auf.
Forschende des Max Delbrück Center haben jetzt herausgefunden, wie sich die Caveolae, die in fast allen Zellen unseres Körpers vorkommen, stabilisieren. „Eine Kette aus Proteinmolekülen wickelt sich um den Hals der flaschenförmigen Strukturen, um ihn zu stützen“, erklärt Professor Oliver Daumke, Leiter der Arbeitsgruppe „Strukturbiologie Membran-assoziierter Prozesse“. Gemeinsam mit Professor Misha Kudryashev, dem Leiter der Arbeitsgruppe „In Situ Structural Biology“, hat Daumke die Struktur dieser Kette nun aufgeklärt. Schon früher hatte er gezeigt, dass die Caveolae ohne das Protein namens EHD2, aus dem die Kette besteht, nicht sicher in der Zellmembran verankert sind.
Die neue Studie könne zum Beispiel helfen, die Fettaufnahme von Zellen zu regulieren und so Störungen des Fettstoffwechsels künftig besser zu behandeln, hoffen die Autor*innen. Veröffentlicht haben sie die Arbeit in der Fachzeitschrift „Nature Communications“. Den Großteil der Experimente haben die Erstautorin Dr. Elena Vázquez-Sarandeses, ehemalige Doktorandin in Daumkes Team, und Dr. Vasilii Mikirtumov, ehemaliger Doktorand in der Gruppe von Kudryashev, durchgeführt.
Eine Kette mit vielen Gliedern
Kudryashev hat zusammen mit seinem Team neue Methoden der Kryo-Elektronenmikroskopie entwickelt. Damit konnten die Forschenden nun zeigen, dass sich jeweils zwei Moleküle des Proteins EHD2 zu einem Dimer zusammentun und so die einzelnen Kettenglieder bilden. „Bestimmte Teile dieser EHD2-Ringe heften sich dann aneinander, sodass eine Kette entsteht“, erkärt Vázquez-Sarandeses. „Wir konnten beobachten, wie sie sich um die schlauchförmigen Membranstrukturen, die wir in unseren Experimenten verwendet haben, gewickelt hat.“
EHD2 ist ein Protein, das sich aus 540 Aminosäuren zusammensetzt. Wie die Forschenden jetzt festgestellt haben, dienen die ersten 19 Aminosäuren als eine Art Abstandshalter. Er stellt sicher, dass sich immer nur eine Kette um den Hals der Einstülpungen wickelt. „Ohne ihn lagern sich mehrere nebeneinander an, wodurch die Caveolae ihre typische Form und Funktion verlieren“, berichtet Daumke. Gemeinsam mit seinen Kolleg*innen hat der Forscher beobachtet, wie die Flaschenhälse ohne funktionierende EHD2-Ketten immer dünner und länger wurden und sich schließlich von der Zellmembran ablösten.
„Diese Studie war technisch sehr anspruchsvoll. Aber sie hilft zu verstehen, wie Proteine zusammenfinden, um eine bestimmte Aufgabe in der Zelle zu übernehmen – wie also aus molekularen Funktionen zelluläre Funktionen werden“, ergänzt der Wissenschaftler. Dies sei ein wichtiger Schwerpunkt der Helmholtz-Forschung.
Entscheidend für Muskeln, Herz und Gefäße
Als Nächstes wollen die Wissenschaftler*innen versuchen, die EHD2-Ketten in lebenden Zellen sichtbar zu machen – direkt am Hals einer Caveola. „Wenn das gelingt, werden wir uns die Proteinketten auch in Zellen mit veränderter Caveolae-Funktion anschauen. Dann verstehen wir vielleicht die daraus resultierenden Krankheiten besser“, kündigt Daumke an.
Davon gibt es viele: Neben Fettstoffwechselstörungen können fehlerhafte Caveolae unter anderem Erkrankungen der Muskeln, der Gefäße, des Herzens, der Lunge und der Niere hervorrufen. „Ohne die Einstülpungen halten die Zellen mechanischen Belastungen schlechter stand. Auch Signalprozesse können sie weniger gut regulieren“, erläutert Daumke. „Daher sind Gewebe wie Muskeln, Herz und Blutgefäße, die ständigem Stress ausgesetzt sind, besonders anfällig.“
Text: Anke Brodmerkel
Weitere Informationen
Literature
Elena Vázquez-Sarandeses, Vasilii Mikirtumov, Jeffrey Noël, et al. (2026): „Structures of EHD2 filaments on curved membranes provide a model for caveolar neck stabilization“. Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-026 – 76288‑8
Contacts
Prof. Dr. Oliver Daumke
Gruppen Leiter
Structurbiologie Membran-assoziierter Prozesse
Max Delbrück Center
oliver.daumke@mdc-berlin.de
Jana Schlütter
Stellvertretende Leiterin Kommunikation & Marketing
Max Delbrück Center
+49 30 9406 – 2118
Jana.Schluetter@mdc-berlin.de oder presse@mdc-berlin.de
- Max Delbrück Center
Das Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft hat sich zum Ziel gesetzt, die Medizin von morgen durch unsere Entdeckungen von heute zu verändern. An unseren Standorten in Berlin-Buch, Berlin-Mitte, Heidelberg und Mannheim arbeiten unsere Forschenden interdisziplinär zusammen, um die Komplexität von Krankheiten auf Systemebene zu entschlüsseln – von Molekülen und Zellen bis hin zu Organen und dem gesamten Organismus. In Partnerschaften mit Wissenschaft, Klinik und Industrie sowie in globalen Netzwerken streben wir danach, biologische Erkenntnisse in Anwendungen zu überführen, um gesundheitliche Abweichungen früh zu erkennen, personalisierte Therapien zu entwickeln und letztendlich die Prävention von Krankheiten zu ermöglichen. Das 1992 gegründete Max Delbrück Center inspiriert und fördert heute einen vielfältigen Talentpool von rund 1.800 Menschen aus mehr als 70 Ländern. Wir werden zu 90 Prozent vom Bund und zu 10 Prozent vom Land Berlin finanziert.
