Wundheilung in kleinerem Maßstab

Studie zeigt zum ersten Mal, dass die Membranspannung die Zellreparatur reguliert

Ein Moment der Unachtsamkeit und zack - schon hat man sich in den Finger geschnitten. Es blutet, aber nach einiger Zeit heilt die Wunde von selbst. Auch in unserem Körper erleiden einzelne Zellen jeden Tag "Wunden" in ihrer Schutzschicht, der Zellmembran, und müssen sie wieder reparieren. Forscherinnen und Forscher der Medizinischen Fakultät der Universität Münster haben nun die Prozesse identifiziert, die den präzisen Verschluss solcher Membranverletzungen ermöglichen. Ihre Ergebnisse wurden kürzlich in der Zeitschrift "Advanced Science" veröffentlicht .

Für ihre Experimente untersuchte das Team um Prof. Volker Gerke vom Institut für Medizinische Biochemie Endothelzellen, die die Blutgefäße auskleiden. "Wir wissen, dass Endothelzellen häufig Membranschäden erleiden, die durch Veränderungen des normalen Blutflusses verursacht werden, und diese Zellen müssen die Schäden reparieren, um den Zelltod zu verhindern. Um diesen Prozess im Detail zu untersuchen, haben wir mit einem Laser kontrollierte Defekte in den Zellen erzeugt und ihre Reparatur in Echtzeit unter dem Mikroskop beobachtet", erklärt Dr. Nikita Raj, Erstautor der Studie.

In einer früheren Studie wiesen die Forscher nach, dass "frühe Endosomen", die in erster Linie für den Transport von Substanzen in die Zelle zuständig sind, während des Wundverschlusses mit der Zellmembran verschmelzen, um den beschädigten Bereich zu versiegeln. Diese Verschmelzung allein reicht jedoch nicht aus, um die Reparatur abzuschließen, da das hinzugefügte Material eine unebene, narbenartige Oberfläche auf der Membran bildet. "An der Stelle, an der die frühen Endosomen die Wunde verschließen, lockert sich die Membran, was zu einer Abnahme der Membranspannung führt. Wir konnten erstmals zeigen, dass diese Spannungsänderung als Signal dient, das die Wiederaufnahme von überschüssigem Membranmaterial in die Zelle auslöst", erklärt Prof. Volker Gerke. Diese Wiederaufnahme stellt die normale Membranspannung wieder her, die für die Aufrechterhaltung der Zellfunktion notwendig ist.

Diese Reparaturmechanismen beschränken sich nicht auf Endothelzellen, sondern sind für eine Vielzahl von Zelltypen relevant und haben möglicherweise erhebliche klinische Auswirkungen. "Eine gestörte Reparatur der Plasmamembran spielt eine entscheidende Rolle bei der Entstehung von neurodegenerativen Erkrankungen, Muskelabbau und Alterung", sagt Dr. Raj. Mit Blick auf die Zukunft fügt sie hinzu: "Unsere grundlegenden Erkenntnisse über zelluläre Reparaturprozesse sind für das Verständnis verschiedener Krankheiten unerlässlich. In künftigen Studien wollen wir untersuchen, wie diese Mechanismen bei bestimmten Krankheiten wie Atherosklerose gestört sind."

Das Projekt wurde mit einem Stipendium in Höhe von 5.000 Euro aus dem Programm "Pilotprojekte" des Interfakultären Zentrums "Cells in Motion" an der Universität Münster initiiert, das Nachwuchsprojekte unterstützt. Die Studie wurde in Zusammenarbeit mit Prof. Timo Betz von der Universität Göttingen (ehemals Universität Münster), Prof. Britta Trappmann von der TU Dortmund (ehemals Max-Planck-Institut für Molekulare Biomedizin, Münster) und Prof. Bart Jan Ravoo vom Center for Soft Nanoscience der Universität Münster durchgeführt.

Ursprüngliche Veröffentlichung

Raj N, Weiß MS, Vos BE, Weischer S, Brinkmann F, Betz T, Trappmann B, Gerke V. (2024) Membrane Tension Regulation is Required for Wound Repair. Adv Sci (Weinh). Doi: 10.1002/advs.202402317.