Intrazelluläre Dichte als Schlüssel zur Zellgesundheit

ERLANGEN / LONDON (IT BOLTWISE) – Neue Erkenntnisse zur intrazellulären Dichte könnten die Diagnostik und Behandlung von Krankheiten revolutionieren. Forscher haben herausgefunden, dass die Dichteverhältnisse zwischen Zellkern und Zytoplasma bei gesunden und kranken Zellen variieren, was neue Einblicke in zelluläre Prozesse ermöglicht.

Die Entdeckung, dass der Zellkern weniger dicht ist als das umgebende Zytoplasma, stellt eine bedeutende Erkenntnis in der Biophysik dar. Diese Entdeckung wurde von einem internationalen Forscherteam gemacht, das unter anderem das Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin in Erlangen sowie das Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie in Berlin umfasst. Trotz der hohen biomolekularen Dichte des Zellkerns enthält er im Vergleich zum Zytoplasma weniger Trockenmasse, was die bisherigen Annahmen über die zelluläre Struktur infrage stellt.

Prof. Simone Reber vom Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie betont die Bedeutung des Verständnisses der zellulären Dichte. Diese beeinflusst die biomolekulare Struktur und Funktion der Zellen maßgeblich. Interessanterweise bleibt das Verhältnis zwischen Kern- und Zytoplasmadichte (NC) über verschiedene Spezies hinweg konstant, obwohl die absolute Dichte stark variieren kann. Dies deutet darauf hin, dass grundlegende physikalische Prinzipien wie das Druckgleichgewicht eine Rolle bei der Bestimmung der Dichte und des Volumens des Zellkerns spielen.

Die Messung der Dichte in mikroskopisch kleinen Zellkompartimenten stellt eine Herausforderung dar. Wissenschaftler nutzen Licht, um die Dichte zu untersuchen und Zellen zu manipulieren. Mit einem optischen Stretcher können Laserstrahlen an Zellen ziehen, um deren mechanische Eigenschaften zu messen. Diese Methode wurde weiterentwickelt, um die optische Beugungstomographie (ODT) und konfokale Fluoreszenzmikroskopie zu kombinieren, was eine dreidimensionale Dichteverteilung innerhalb von Zellen mit hoher Auflösung ermöglicht.

Die Forschung zeigt, dass bei Krankheiten Abweichungen in den NC-Dichteverhältnissen auftreten. Beispielsweise werden Zellkerne in Stresssituationen wie der Seneszenz dichter als das Zytoplasma. Diese Erkenntnisse unterstreichen die grundlegende Bedeutung der Dichte als Variable, die gesunde Zellprozesse bestimmt. Die Forscher wollen nun verstehen, wie Zellen eine bestimmte intrazelluläre Dichteverteilung aufbauen und aufrechterhalten, um weitere biophysikalische Mechanismen zu entschlüsseln, die im gesunden und im pathologischen Zustand Zellfunktionen regulieren.

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