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Das Urteil der Sphinx

Sphingolipide bestimmen das Schicksal biologischer Zellen – JLU-Arbeitsgruppe an „Science“-Veröffentlichung beteiligt

Nr. 55 • 19. April 2022

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Hochauflösende bildgebende Massenspektrometrie: Das Bild zeigt das Gerät an der JLU und eine Beispielmessung von Sphingolipiden. Foto: Prof. Bernhard Spengler / Lipid-Verteilungsbild: Messung Dr. Dhaka Bhandari
Wie „entscheidet“ eine Zelle, zu welchem Zelltyp sie wird? Die Frage des „Zellschicksals“ wird seit Jahrzehnten insbesondere in der Stammzell-Forschung untersucht, und noch immer gibt es Lücken im Verständnis. Jeder mehrzellige Organismus besteht aus verschiedenen Zelltypen, die bestimmte Aufgaben erfüllen, während sie alle zusammenarbeiten, um den Organismus als Ganzes zu erhalten. Zugleich können einige Zelltypen zwischen verschiedenen Funktionen wechseln.

Ein gutes Beispiel für letzteres sind die sogenannten Bindegewebszellen der Haut (Fibroblasten). Fibroblasten können verschiedene Spezialisierungen annehmen, um etwa bei der Wundheilung zu helfen, und andererseits auch durch krankhafte Vermehrung und Narbenbildung Fibrosen verursachen. Dieses komplexe System des Zellschicksals ist Gegenstand zahlreicher Forschungsarbeiten, die sich hauptsächlich auf externe Signalstoffe aus der Mikroumgebung der Zelle stützen. Im Gegensatz dazu wurden mögliche „interne" Prozesse innerhalb der Zelle, die zu ihrer Spezialisierung beitragen, bisher nur wenig erforscht.

Ein internationales Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, an dem Forschende der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) maßgeblich beteiligt waren, hat nun erstmals nachgewiesen, dass einer der internen Faktoren für das Schicksal einer Zelle die innerhalb der Zelle produzierten Lipide (Fettmoleküle) sind. Die Ergebnisse wurden jetzt in der Zeitschrift „Science“ veröffentlicht. In der Studie wurde unter anderem festgestellt, dass Fibroblasten der Haut unterschiedliche Lipidgruppen oder „Lipidzusammensetzungs-zustände“ aufweisen können, die die Forscher als „Lipotypen“ bezeichneten.

Die wichtigsten Marker für die unterschiedlichen Lipidzusammensetzungen sind demnach eine Familie von Fettmolekülen namens „Sphingolipide“. Die nach der mythischen Sphinx benannten Sphingolipide sind an der Kommunikation von Zelle zu Zelle beteiligt und schützen die äußere Oberfläche der Zelle, indem sie Barrieren auf ihrer Membran bilden. Die verschiedenen Lipotypen beeinflussen die unterschiedlichen Reaktionen der Zellen auf äußere Reize aus ihrer Mikroumgebung und „drängen“ sie damit in unterschiedliche Zellschicksale – obwohl die ursprünglichen Zellen identisch waren. Tatsächlich ist es sogar möglich, das Schicksal einer Zelle vollständig umzuprogrammieren, indem man ihre Sphingolipid-Zusammen setzung manipuliert.

Zu den entscheidenden Techniken, die das Team verwendete, gehört die in der Arbeitsgruppe des JLU-Chemikers Prof. Dr. Bernhard Spengler entwickelte hochauflösende bildgebende Massenspektrometrie, die es ihnen ermöglichte, die Verteilung spezifischer Lipide in jeder einzelnen Zelle sichtbar zu machen und die Zellreaktionen zu verfolgen.

  • Publikation


Laura Capolupo, Irina Khven, Alex R. Lederer, Luigi Mazzeo, Galina Glousker, Sylvia Ho, Francesco Russo, Jonathan Paz Montoya, Dhaka R. Bhandari, Andrew P. Bowman, Shane R. Ellis, Romain Guiet, Olivier Burri, Johanna Detzner, Johannes Muthing, Krisztian Homicsko, François Kuonen, Michel Gilliet, Bernhard Spengler, Ron M.A. Heeren G. Paolo Dotto Gioele La Manno, Giovanni D’Angelo. Sphingolipids Control Dermal Fibroblast Heterogeneity. Science 376 issue 6590, 2022.
DOI: 10.1126/science.abh1623



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