Neue Einblicke in intrazelluläre Nanovesikel

Membrantransport ist ein grundlegender Prozess in Zellen, bei dem verschiedene Materialien innerhalb der Zelle bewegt werden. Diese Bewegung geschieht durch kleine Säcke, die Vesikel genannt werden. Diese Säcke können verschiedene Substanzen zu unterschiedlichen Teilen der Zelle transportieren. Es gibt viele Arten von Vesikeln, jede mit ihrer eigenen Funktion. Manche haben eine spezielle Beschichtung, wie Clathrin oder COPII, die ihnen hilft, ihre Aufgabe zu erfüllen. Wissenschaftler haben jedoch festgestellt, dass es viele winzige, unbeschichtete Vesikel in Zellen gibt, und der Zweck dieser Vesikel ist nicht gut verstanden.

Kürzlich haben Forscher einen neuen Typ von kleinen Vesikeln entdeckt, die als intrazelluläre Nanovesikel (INVs) bezeichnet werden. Diese INVs sind winzig, etwa 35 Nanometer gross, und haben keine externe Beschichtung. Sie sind nach bestimmten Proteinen auf ihrer Oberfläche benannt, insbesondere der Tumorprotein D52-ähnlichen Familie von Proteinen. INVs spielen eine wichtige Rolle beim Transport von Materialien innerhalb der Zelle auf bestimmten Wegen. Meistens bewegen sich INVs einfach durch Diffusion in der Zelle.

Interessanterweise sind INVs wahrscheinlich nicht alle gleich, sondern kommen in verschiedenen Formen oder "Geschmäckern" vor. Diese Vielfalt deutet darauf hin, dass INVs unterschiedliche Ursprünge und Funktionen haben. Zum Beispiel enthalten sie mindestens 16 verschiedene Rab-GTPasen und verschiedene R-SNARE-Proteine, was auf eine Vielzahl von Rollen in der Zelle hinweist. Aufgrund dieser Vielfalt ist es eine grosse Herausforderung für die Forscher, die verschiedenen Typen von INVs herauszufinden.

#Die mit INVs verbundenen Proteine

Es gibt vier Tumorprotein D52-ähnliche Proteine, die Paare bilden können. Diese Proteine haben eine Coil-Coil-Domäne, was bedeutet, dass sie aneinanderhaften können. Sie haben auch Teile, die sich falten, wenn sie mit Membranen in Kontakt kommen, besonders mit solchen, die gekrümmt sind. Eines dieser Proteine, TPD54, hat ein spezielles Teil, das ihm hilft, sich an INVs zu binden. Wenn eine bestimmte Ladung in diesem Protein verändert wird, kann es nicht mehr richtig an INVs binden. Da TPD54 in hohen Mengen vorkommt, wird es als Marker zur Identifizierung von INVs in Studien verwendet.

Ein weiterer wichtiger Prozess in Zellen heisst Autophagie. Dabei reinigen und entfernen Zellen unnötige Teile. Während der Autophagie werden spezielle Strukturen gebildet, die Autophagosomen genannt werden. Diese Strukturen fassen Materialien und schicken sie zu Lysosomen, wo sie abgebaut werden können. Ein wichtiger Akteur in der Autophagie ist ein transmembranöses Protein namens ATG9A. Dieses Protein hilft, Lipide zwischen verschiedenen Teilen der Zelle zu transportieren.

ATG9A findet man auf kleinen Vesikeln, die als ATG9-Vesikel bekannt sind und sich zwischen dem Golgi-Netzwerk, der Aussenmembran der Zelle und dem endosomalen System bewegen. Während der Autophagie bewegen sich diese ATG9-Vesikel zu einem Ort, an dem Autophagosomen gebildet werden. Hier helfen sie, Autophagosomen zu bilden, aber der genaue Weg, wie sie das tun, wird noch untersucht.

ATG9-Vesikel werden gebildet, wenn bestimmte Proteine über einen spezifischen Mechanismus, der gut untersucht ist, im Golgi-Netzwerk gesammelt werden. Es gibt neurologische Erkrankungen, die mit Problemen in diesem Mechanismus verbunden sind, die die Funktion von ATG9A beeinträchtigen können.

ATG9-Vesikel könnten auch andere Rollen über die Autophagie hinaus haben. Zum Beispiel helfen sie, die Aussenmembran von Zellen zu reparieren und transportieren Lipide von Speicherorten dorthin, wo sie benötigt werden, wie zum Beispiel zu den Mitochondrien. Sie spielen auch eine Rolle bei der Bewegung von Proteinen, die an der Zellbewegung beteiligt sind.

#Das INV-Proteom finden

Um mehr über die verschiedenen Arten von INVs und ihre Beziehungen zu anderen Vesikeln zu erfahren, wollten Forscher die in INVs vorhandenen Proteine, das sogenannte INV-Proteom, untersuchen. Sie entdeckten, dass INVs aus Zellen isoliert werden konnten, um sie mit bestimmten Techniken zu analysieren.

Eine neue Methode wurde entwickelt, um INVs effektiv aus Zellen zu isolieren, indem eine spezielle Bindungstechnik verwendet wurde, die das INV-Markerprotein TPD54 anvisiert. Tests mit verschiedenen Zelltypen zeigten, dass das Isolationsverfahren gut funktionierte. Im Vergleich der Proteine in den isolierten INVs zu Kontrollbedingungen wurden eine beträchtliche Anzahl von Proteinen gefunden, darunter verschiedene Proteine, die mit INVs in Verbindung stehen.

Nach diesem ersten Erfolg erweiterten die Forscher ihre Studie, um INVs aus Zelllinien, die TPD54 exprimierten, zu untersuchen. Diese grossangelegte Analyse identifizierte eine bedeutende Anzahl von Proteinen, die in den INV-Proben im Vergleich zu den Kontrollproben angereichert waren. Die kombinierten Daten aus beiden Tests gaben den Forschern eine vorläufige Liste von Proteinen, die mit INVs assoziiert sind.

#Das INV-Proteom analysieren

Um die in INVs gefundenen Proteine besser zu verstehen, nutzten die Forscher ein Klassifikationssystem, um diese Proteine zu kategorisieren. Viele der identifizierten Proteine waren an Transportprozessen beteiligt. Darunter waren mehrere Rab-GTPasen und andere Proteine, die mit Membranen verbunden sind. Interessanterweise gab es auch eine grosse Gruppe von nicht klassifizierten Proteinen, die sekretierte Proteine einschloss.

Weitere Tests zeigten, dass das INV-Proteom mehr sekretierte Proteine und transmembranöse Proteine im Vergleich zur allgemeinen Proteinzusammensetzung hatte. Einige dieser Proteine waren Transporter, die helfen, Substanzen über Membranen zu bewegen.

Als nächstes verglichen die Forscher das IMP-Proteom mit Daten aus anderen Studien zu verschiedenen Arten von Vesikeln. Sie fanden heraus, dass bestimmte Proteine sowohl in INVs als auch in anderen Vesikeltypen vorhanden waren, was auf eine Mischung von Funktionen zwischen diesen Vesikeln hindeutet.

Insbesondere fanden sie eine starke Überschneidung mit Proteinen, die an einer Art von Vesikel beteiligt sind, die synaptische Mikrovesikel (SLMVs) genannt werden, die ähnlich wie INVs sind, aber aus einer anderen Quelle stammen. Diese überschneidenden Informationen deuteten darauf hin, dass es verschiedene Typen von INVs oder Geschmäckern geben könnte, die alle spezielle Rollen in der Zelle erfüllen.

#ATG9A in INVs

Um zu zeigen, dass ATG9A tatsächlich Teil von INVs ist, führten die Forscher Experimente durch, bei denen sie INVs an den Mitochondrien mithilfe von Mikroskopietechniken einfingen. Sie fanden heraus, dass bei der Anvisierung von TPD54 auch ATG9A in diesen eingefangenen Vesikeln zu finden war. Dies deutete darauf hin, dass ATG9A in INVs vorhanden ist, was ihre Assoziation bestätigt.

Umgekehrt prüften sie auch, ob TPD54 in Vesikeln, die ATG9A enthalten, vorhanden war. Die gleiche Erfassungsmethode zeigte, dass TPD54 in Vesikeln gefunden werden konnte, die mit ATG9A assoziiert waren. Diese Ergebnisse deuteten darauf hin, dass die beiden Proteine in den gleichen Vesikeln sind, was die Idee unterstützt, dass ATG9-Vesikel eine spezielle Art von INV sind.

#Bedeutung der ATG9A-Geschmack-INVs

Da ATG9-Vesikel für ihre Rollen während der Autophagie anerkannt wurden, konzentrierten sich die Forscher auf die Funktionalität der ATG9A-Geschmack- INVs. Sie fanden heraus, dass die Bildung von Autophagosomen beeinträchtigt war, wenn TPD54 aus den Zellen entfernt wurde. Dies hob die wichtige Rolle hervor, die ATG9A-Geschmack- INVs während des Autophagieprozesses spielen.

Als sie die Bewegung von ATG9A während einer Zellverhungering betrachteten, bemerkten sie, dass ATG9A das Golgi-Netzwerk verliess. Wenn jedoch TPD54 reduziert wurde, geschah diese Bewegung nicht wie erwartet. Dies deutete darauf hin, dass TPD54 möglicherweise notwendig ist für die Bildung von ATG9A-Geschmack- INVs im Golgi.

#Andere Geschmäcker von INVs

Da etwa 80 % der INVs nicht-ATG9A-Geschmäcker sind, waren die Forscher neugierig, was diese anderen Typen sein könnten. Das INV-Proteom lieferte Hinweise auf mögliche Fracht und deutete auf neue Unterklassen von INVs hin, die möglicherweise existieren. Zum Beispiel könnten Proteine, die in anderen anerkannten Vesikelsystemen beteiligt sind, wie Glukosetransporter, auf das Vorhandensein neuer INV-Typen hinweisen.

Diese Neugier erstreckte sich auch auf die Untersuchung, wie verschiedene INV-Geschmäcker miteinander interagieren könnten. Einige in INVs gefundene Proteine waren auch in Vesikeln zu sehen, die mit synaptischen Funktionen verbunden sind, was auf eine Verbindung zwischen diesen Systemen hindeutet.

#Fazit

Zusammenfassend wirft die Untersuchung der intrazellulären Nanovesikel Licht auf eine vielfältige und komplexe Klasse von Vesikeln in Zellen. Indem sie die einzigartigen Proteine, die mit diesen Vesikeln assoziiert sind, betrachten und überlegen, wie sie mit anderen Vesikeltypen interagieren, beginnen die Forscher, die Funktionen aufzudecken, die diese Vesikel bei normalen Zellaktivitäten erfüllen.

ATG9-Vesikel, die jetzt als Untertyp von INVs bekannt sind, sind entscheidend für Prozesse wie die Autophagie. Die genauen Rollen anderer INV-Geschmäcker werden jedoch noch erforscht. Das Verständnis dieser Vesikel wird zu einem tieferen Wissen über die Zellorganisation beitragen und könnte zu Einsichten in verschiedene Krankheiten führen, die mit Dysfunktionen des Membrantransports verbunden sind.

Die Untersuchung dieser Details der Zellfunktion bleibt ein bedeutendes Forschungsgebiet, in dem jede neue Entdeckung zu weiteren Fragen und einem besseren Verständnis der faszinierenden Welt der Zellprozesse führen kann.