FRANKFURT / LONDON (IT BOLTWISE) – Ein internationales Forscherteam hat eine neue Struktur in elektrischen Synapsen entdeckt, die als unsichtbare Kappe fungiert und die Zellkommunikation beeinflusst. Diese Entdeckung könnte neue Therapieansätze für Krankheiten eröffnen, bei denen die Zellkommunikation gestört ist.
Ein internationales Forscherteam unter der Leitung der Goethe-Universität Frankfurt hat eine bahnbrechende Entdeckung in der Zellkommunikation gemacht. Mit Hilfe modernster Mikroskopietechniken konnten sie elektrische Synapsen, auch bekannt als Gap Junctions, im Inneren lebender Zellen sichtbar machen. Dabei stießen sie auf eine bisher unbekannte Struktur: eine ringförmige Kappe, die den Kanal von der Zellinnenseite bedeckt oder sogar abschließt. Diese Struktur scheint vom Protein UNC-1 gebildet zu werden, das in Verbindung mit verschiedenen Erkrankungen steht.
Elektrische Synapsen ermöglichen den direkten Austausch von Informationen zwischen Zellen, was für die Synchronisation von Herzschlägen und das Feuern von Nervenzellen entscheidend ist. Bisher wurden diese Synapsen meist außerhalb ihrer natürlichen Umgebung untersucht. Die Forscher nutzten Cryo-Elektronentomographie, um die Struktur direkt in lebendem Gewebe abzubilden. Diese Methode erlaubt es, Zellen in ihrem natürlichen Zustand einzufrieren und dreidimensionale Bilder ihres Innenlebens aufzunehmen.
Die Untersuchungen zeigten, dass die Gap Junction-Kanäle des Fadenwurms Caenorhabditis elegans aus je sechs Bausteinen pro Zelle bestehen, die zusammen einen Kanal aus zwölf Untereinheiten bilden. Diese Struktur ist evolutionär gut erhalten, was bedeutet, dass Erkenntnisse aus einfachen Organismen auch auf höhere Säugetiere übertragen werden können. Die Forscher entdeckten, dass nicht alle Kanäle gleich aussehen: Einige sind breit und offen, andere schmal und vermutlich geschlossen.
Besonders interessant ist die Entdeckung der ringförmigen Kappe, die auf der Zellinnenseite der Kanäle sitzt und deren Öffnung umschließt. Diese Struktur könnte als Ventil fungieren und die Verbindung der Synapsen regulieren. Dies wäre ein entscheidender Mechanismus für die Steuerung elektrischer Signale im Herzen oder Darm. Um das Protein zu identifizieren, das diese Kappe bildet, kombinierten die Forscher experimentelle Daten mit einer KI-Software zur Vorhersage von Proteinstrukturen. Das Protein UNC-1 passte genau zur beobachteten Form der Kappe.
UNC-1 gehört zur Familie der Stomatin-ähnlichen Proteine, die auch im menschlichen Körper vorkommen und ringförmige Kappen ausbilden können. Mutationen dieser Proteine stehen im Zusammenhang mit Erbkrankheiten wie erblich bedingter Stomatocytose oder dem Steroid-resistenten nephrotischen Syndrom. Die Entdeckung legt nahe, dass die Regulation von Gap Junctions durch solche Kappen ein fundamentales Prinzip der Zellkommunikation sein könnte. Dies könnte langfristig neue Therapieansätze für Krankheiten eröffnen, bei denen die Kommunikation zwischen Zellen gestört ist.
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