Cholesterin macht Zellmembranen flexibel und robust
Computerbiologen der FAU entdecken neuen Mechanismus
Cholesterin spielt eine entscheidende Rolle für die Elastizität von
Zellmembranen. Forscher der Friedrich-Alexander-Universitä
Nürnberg (FAU) haben nun eine bemerkenswerte Doppelfunktion von
Cholesterin entdeckt: Es trägt nicht nur dazu bei, die Membran dicker und
damit undurchlässiger zu machen, sondern zugleich auf überraschende Weise
auch weicher. Diese neue Erkenntnis, veröffentlicht im renommierten
Fachjournal „Nature Communications“, eröffnet neue Perspektiven für die
Membranforschung und potentielle Anwendungen in der Biotechnologie.*
Mit einem Anteil von bis zu 40 Prozent ist Cholesterin essentiell für die
Struktur, die Elastizität und die vielfältigen Funktionen von
Zellmembranen. Zellmembranen dienen als Barrieren, die das Zellinnere vom
äußeren Umfeld trennen und den selektiven Transport von Stoffen in die und
aus der Zelle regulieren. „Frühere Experimente haben gezeigt, dass die
Hauptbausteine der Membran, die Lipide, durch das Cholesterin komprimiert
werden“, sagt Prof. Dr. Rainer Böckmann, Leiter der Arbeitsgruppe
Computational Biology am Department Biologie der FAU. „Dadurch wird die
Membran dicker und weniger durchlässig.“
Die Forscher stellten mittels Computersimulationen fest, dass die Wirkung
von Cholesterin von der Lipidzusammensetzung der Membran abhängt: In
gesättigten Membranen bewirkt es eine Versteifung, in ungesättigten
Membranen erhöht es die Flexibilität. Dies führt zu einer scheinbar
widersprüchlichen Situation, in der die Membranen gleichzeitig dicker und
weicher werden. Die vom Zentrum für Nationales Hochleistungsrechnen
Erlangen (NHR@FAU) unterstützten Computersimulationen zeigen, dass sich
dieses Phänomen durch die erhöhte Beweglichkeit des Cholesterins in
ungesättigten Membranen erklären lässt.
Diese Entdeckung hat weitreichende Bedeutung für eine Vielzahl
biologischer Prozesse an der Zellmembran. „Durch die Studie verstehen wir
besser, wie Cholesterin die Zellkommunikation und die Stoffaufnahme
beeinflusst“, erklärt Rainer Böckmann. Auch wenn es sich hier um
Grundlagenforschung handelt, könnte der entdeckte Mechanismus wichtige
Implikationen für die Biotechnologie haben, insbesondere bei der
Entwicklung von künstlichen Membranen mit verbesserten physikalischen
Eigenschaften.
* https://doi.org/10.1038/s41467
