Strukturbiologie der Autophagie

Zellen produzieren ständig Proteine, bauen ihre Organellen um, erneuern sie und schleusen Stoffe von außen ein. Diesem stetigen Materialzuwachs wirkt ein Mechanismus entgegen: Autophagie. Diese Funktion der Zelle zerlegt alles, was nicht mehr benötigt wird, in seine Bestandteile – und dazu gehören auch Krankheitserreger. Damit spielt Autophagie eine zentrale Rolle bei Infektionskrankheiten und unserer Immunreaktion darauf. Hier erfahren Sie, wie unsere Wissenschaftler die Autophagie erforschen – um über diesen Mechanismus Krankheitserregern entgegen zu wirken.

Unsere Forschung

Autophagie ist ein zellulärer Prozess, bei dem die Zelle zunächst eine Doppel-Membran bildet, in der sie Zellkomponenten einschließt. Diese verschmelzen dann mit Lysosomen – das sind kleine von Membranen umgebene Bläschen, die Verdauungsenzyme enthalten. Dieser Enzymmix baut ab, was die Zelle abgeschnürt hat und die Abbauprodukte werden im Anschluss für zelluläre Aufbau-Wege wiederverwertet.

Autophagie wurde zunächst in Hefe entdeckt. Dort dient sie als Prozess, mit dem sich die Zellen an Nahrungsknappheit anpassen. Aber Autophagie in Säugerzellen ist sehr viel mehr als die zelluläre Antwort auf Hunger. Sie ist an viele Prozessen beteiligt und von essentieller Bedeutung in Infektion und Immunität. Störungen der Autophagie gehen mit dem Auftreten von vielen Krankheiten einher, beispielsweise Krebs, Huntington, Parkinson, neurodegenerativen Krankheiten sowie chronischen Entzündungen im Magen-Darm Trakt.

Autophagosom-Formation: Kernmaschinerie und Adaptationen
(Zhiping Xie & Daniel J. Klionsky, Nature Cell Biology 9, 1102 - 1109, 2007)

Xenoautophagie, eine Unterart der Autophagie, ist ein sehr effizienter Abwehrmechanismus gegen pathogene Keime, der diese Keime zerstört – im Idealfall. Allerdings wissen auch viele Krankheitserreger diesen Abwehrmechanismus nicht nur zu umgehen, sondern sogar für sich zu nutzen. Sie benutzen die von der Membran abgeschnürten Vesikel, um sich eine sichere Umgebung innerhalb der Zelle zu schaffen, in der sie sich ungestört vermehren können.

Obwohl derzeit intensiv an diesen Prozessen geforscht wird, bleiben Details zu den grundlegenden Mechanismen der Regulation von Autophagie sowie zu den Strategien zur Ausnutzung von Autophagie durch Krankheitserreger ungeklärt. Unsere Wissenschaftler gehen diesen Fragen mit Röntgenkristallographie, biochemischer/biophysikalischer und zellbiologischen Methoden auf den Grund. Neue Erkenntnisse werden dabei helfen den Strategien der Krankheitserreger entgegenzuwirken und diese zu manipulieren – um letztlich die Abwehrmechanismen der Zellen wieder zu aktivieren.

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