Kontrolle der lateralen Organisation von Membranproteinen

Abstract

In den letzten Jahrzehnten wurde bei Untersuchungen an Zellmembranen deutlich, dass viele Membranproteine nicht, wie ursprünglich angenommen, homogen verteilt sind, sondern in Mikrodomänen organisiert vorkommen. Die Mechanismen, die der Formierung dieser Strukturen zugrunde liegen, sind bisher jedoch nur teilweise verstanden. Bestehende Modelle erklären die strukturelle Organisation von Zellmembranen vorwiegend durch Lipid-Lipid- oder Lipid-Protein-Interaktionen. Bisher wurde jedoch kaum analysiert, inwiefern auch andere im Zellsystem vorkommende Bindungspartner die Verteilung von Proteinen in der Plasmamembran beeinflussen können. In der vorliegenden Dissertation wurde deshalb der Einfluss verschiedener extra- und intrazellulärer Interaktionspartner auf die Anordnung von Membranpro-teinen genauer untersucht. Unter Zuhilfenahme unterschiedlicher Fluores-zenzmikroskopie-Techniken wurden hierfür Versuche sowohl an intakten Zellen, als auch an speziellen Plasmamembran-Präparationen durchgeführt. <br /> Im ersten Teil der Arbeit konnte am Beispiel des humanen Insulin-Rezeptors (hIR) nachgewiesen werden, dass weder Interaktionen mit intrazellulären Faktoren, noch die Stimulation des Rezeptors, noch Wechselwirkungen mit der Glykokalix einen Einfluss auf das Diffusionsverhalten des Proteins in der Membran haben. Es wurden jedoch Indizien gefunden, dass Bereiche der extrazellulären Domäne des hIRs für die Mobilität und damit für die laterale Organisation des Rezeptors in der Plasmamembran entscheidend sind. <br /> In einem zweiten Projekt wurde die Wechselwirkung zwischen Ca²⁺ und zytoplasmatischen Proteindomänen anhand zweier SNARE-Proteine untersucht. Hierbei wurde gezeigt, dass Calcium-Ionen die Membranorganisation der untersuchten Proteine modulieren. Mit Hilfe verschiedener Analysemethoden konnte ein direkter Zusammenhang zwischen erhöhter Calcium-Ionen-Konzentration und einer verstärkten Aggregation von SNARE-Proteinen in Mikrodomänen nachgewiesen werden. Es gab hierbei deutliche Hinweise, dass elektrostatische Wechselwirkungen zwischen den Calcium-Ionen und intrazellulären Proteindomänen zu einer Änderung der Anordnung von SNARE-Proteinen in der Membran führen. Der Einfluss einer indirekten Wirkung der Calcium-Ionen auf die Anordnung der untersuchten Proteine über Sekundäreffekte der erhöhten Ionen-Konzentration erwies sich indessen als unwahrscheinlich. Basierend auf diesen Ergebnissen konnte ein Modell entworfen werden, mit dem ein höherer Grad an Cluster-Bildung der untersuchten Membranproteine durch direkte elektrostatische Interaktionen mit Calcium-Ionen erklärt wird. Ein vergleichbarer Mechanismus wurde bisher noch nicht beschrieben und stellt eine Ergänzung zu den bisher gängigen Theorien zur Membranorganisation dar.