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Proteine sind leistungsstarke Miniaturwerkzeuge in unseren Zellen, die genau wie die Werkzeuge in unseren Schuppen nur eine einzige Funktion haben. Eine vor kurzem in „Nature Communications“ veröffentlichte Studie eines Forschungsteams des Max-Planck-Instituts für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG), der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH), des Forschungszentrums Jülich und der Universität Würzburg fand jedoch heraus, dass das Protein SLC26A11 mehr als nur eine Funktion erfüllen kann. Je nach Situation ändert sich dessen Rolle.

SLC26A11 befindet sich größtenteils in den Recyclingzentren unserer Zellen, den sogenannten Lysosomen, die dafür sorgen, dass die Zelle gesund und funktionsfähig bleibt. In den Lysosomen werden alte oder überflüssige Zellbestandteile in ihre Bausteine zerlegt und anschließend nach außen transportiert, um wiederverwertet zu werden. Eine Störung dieses Recyclingprozesses führt zur Anreicherung von Verbindungen bis hin zu toxischen Konzentrationen, was lysosomale Speicherkrankheiten verursacht. Für den Abtransport des Bausteins Sulfat aus den Lysosomen ist das Membranprotein SLC26A11 verantwortlich. Dieses Protein kommt in praktisch jeder Zelle unseres Körpers vor. In früheren Studien wurde SLC26A11 entweder als Transporter oder als Kanal interpretiert. Zwar ermöglichen beide Funktionsweisen den Ionentransport durch Membranen, doch unterscheiden sich ihre Mechanismen so stark wie sich wie eine Drehtür und eine Schiebetür. Die aktuelle Studie konnte nun zeigen, dass beide Funktionen mechanistisch miteinander verbunden sind.

Während die Transportfunktion für das Sulfatrecycling aus dem Lysosom entscheidend ist, bleibt die Bedeutung der Kanalfunktion im Lysosom unklar: Sie lässt lediglich Chloridionen passieren, und die Lysosomenmembran enthält bereits andere Chloridkanäle. Allerdings spielt die Kanalfunktion für kleine Anteile der SLC26A11-Proteine, die sich in der Plasmamembran – der Membran, die die Zelle umgibt – befinden, eine relevante Rolle. Diese Proteine sind im Wesentlichen inaktiv, da SLC26A11 nur in einer sauren Umgebung wie dem Lysosom aktiv ist. Säurebedingungen können jedoch auch infolge einer Hirnverletzung, beispielsweise eines Schlaganfalls, entstehen. Unter diesen Stressbedingungen schaltet das in der Plasmamembran befindliche SLC26A11 in den Vollkanalmodus um und lässt Chlorid in die Gehirnzellen strömen. Diese Anreicherung von Chloridionen im Zellinneren kann zu einem Wasserzufluss führen, der eine pathologische Schwellung des Gehirns (Ödem) verursacht.

Benedict Kuhn, Hauptautor der Studie und ehemaliger Postdoktorand in der Gruppe von Eric Geertsma am MPI-CBG, fasst zusammen:

Unsere Ergebnisse lösen den Widerspruch zwischen den Transporter- und Kanaleigenschaften von SLC26A11 auf und zeigen, dass ein Protein tatsächlich beides leisten kann. Die physiologische Relevanz der jeweiligen Funktionsweise hängt von der Umgebung ab. Unsere Entdeckung unterstreicht, dass Proteine mit nur einer Funktion sind, sondern als molekulare Multifunktionswerkzeuge agieren können.

Die Entdeckung dieser Doppelfunktion könnte dazu beitragen, die pathologische Schwellung des Gehirns auf molekularer Ebene zu verstehen, und die Entwicklung neuer Therapien fördern, beispielsweise von Medikamenten oder Antikörpern, die den Chlorid-Einstrom blockieren. Darüber hinaus könnte die Entdeckung auch zur Entwicklung neuartiger Therapien für lysosomale Speicherstörungen beitragen.