Struktur der Glykokalyx

Proteine in Hülle von Zellfortsätzen regulieren die Fähigkeit der Zellen, auf Oberflächen zu haften

Auf den Punkt gebracht

• Schutzschicht um Zilien: Die als Glykokalyx bezeichnet Schicht besteht aus zuckerreichen Proteinen (Glykoproteinen) und beeinflusst die Beweglichkeit und Signalübertragung von Zellen.
• Hauptbestandteile: die Glykoproteine FMG1 und FMG1A, wobei FMG1A eine neu entdeckte Variante von FMG1B ist.
• Andere Funktion: Diese Proteine sind nicht direkt für die Haftung verantwortlich, sondern sie regulieren die Haftfähigkeit der Zilien.

Zellen tragen häufig haarähnliche Fortsätze auf ihrer Oberfläche, Zilien genannt, die ihnen beispielsweise zur Fortbewegung oder zur Erkennung von Signalen dienen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Deutschland und Italien haben nun neue Details der Schutzschicht, die die Zilien umgibt, aufgedeckt. Diese Schutzhülle – die sogenannte Glykokalyx – besteht aus zuckerreichen Proteinen (Glykoproteinen). Sie entscheidet mit darüber, wie Zellen an Oberflächen haften, sich bewegen und Signale senden. Ihre genaue Struktur war jedoch bisher unbekannt.

Durch die Untersuchung der einzelligen Grünalge Chlamydomonas reinhardtii hat das Forschungsteam die Struktur dieser Schicht nun im Detail kartiert und die Glykoproteine FMG1B und FMG1A als Hauptbestandteile identifiziert. FMG1A ist dabei eine zuvor unbekannte Variante von FMG1B. Die beiden Glykoproteine zeigen eine biochemische Ähnlichkeit mit bei Säugetieren vorkommenden Schleimproteinen, sogenannten Mucinen. Mucine sind ebenfalls Glykoproteine und bei vielen Organismen ein zentraler Bestandteil von schützendem Schleim, der beispielsweise auf Schleimhäuten oder in inneren Organen vorkommt.

Für ihre Studie entfernte das Team die beiden Glykoproteine der Alge. Als Folge zeigten die Zilien der Algenzellen eine deutlich erhöhte Klebrigkeit, waren jedoch weiterhin fähig, sich mittels der anhaftenden Zilien auf Oberflächen gleitend fortzubewegen. Die Forscherinnen und Forscher schließen daraus, dass diese Proteine nicht wie zuvor angenommen das Anhaften auf Oberflächen und das Gleiten direkt ermöglichen, sondern eine Schutzschicht bilden, die die Haftfähigkeit der Zilien reguliert. „Diese Entdeckung erweitert unsere Kenntnis darüber, wie Zellen die direkte Interaktion mit ihrer Umgebung regulieren“, unterstreicht Pflanzenbiotechnologe Michael Hippler von der Universität Münster. „Wir erhalten zudem Hinweise darauf, wie ähnliche Schutzmechanismen bei anderen Organismen funktionieren könnten.“, ergänzt Adrian Nievergelt vom Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam.