Fette rufen "STOP!"

Dresdner Forscherteam entdeckt eine wachstumshemmende Rolle von Fetten während der Entwicklung des Auges.

Das zusammengesetzte Fliegenauge (links) hat mehrere längliche, lichtempfindliche Kompartimente (Mitte, rot), die während der Entwicklung wachsen und sich über die gesamte Länge der Netzhaut ausdehnen. Fehlerhaftes Wachstum bei Mutanten (rechts) führt zu kürzeren lichtempfindlichen Kompartimenten, die nicht über die gesamte Netzhaut reichen. © Hebbar et al. / MPI-CBG

Viele Prozesse müssen zu einem bestimmten Zeitpunkt gestoppt werden – sowohl in unserem täglichen Leben als auch in unseren Zellen. Besonders wichtig wird das während der Entwicklung eines Organismus, wenn "Stopp"-Signale einen wirksamen Mechanismus zur Begrenzung des Wachstums darstellen. Die Begrenzung eines Wachstumsprozesses ist essentiell für die Entstehung einer bestimmten Form und Größe einer sich entwickelnden Zelle, eines Gewebes, eines Organs oder eines Organismus.

Die Forschungsgruppe von Elisabeth Knust am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) in Dresden untersuchte in Zusammenarbeit mit der ebenfalls am MPI-CBG tätigen Forschungsgruppe von Andrej Shevchenko das Wachstum des lichtempfindlichen (lichtabsorbierenden) Kompartiments in der Netzhaut der Fruchtfliege Drosophila melanogaster, genannt Rhabdomer. Besonders stark wachsen die Zellen des Fliegenauges in der zweiten Hälfte der Entwicklung. Dies betrifft auch das lichtempfindliche Kompartiment, das mehr als doppelt so lang wird, um schließlich die Basis der Netzhaut zu erreichen. Dieses Kompartiment im Fliegenauge ähnelt in vielerlei Hinsicht dem lichtempfindlichen Kompartiment unserer menschlichen Augen. Die richtige Größe dieses Kompartiments ist entscheidend für die Funktion des Auges ¬– das Sehen sowohl in Fliegen wie auch im Menschen. Welche Signale sind für die Ausbildung der Form und Größe dieser Kompartimente während der Entwicklung verantwortlich?

In dieser aktuellen Studie, die in der Fachzeitschrift Journal of Cell Biology veröffentlicht wurde, konnte eine bestimmte Klasse von Fetten (Lipiden) – hydroxylierte Sphingolipide – identifiziert werden, die für die Wachstumsbeschränkung verantwortlich sind. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler arbeiteten dazu mit Fliegenmutanten, die Wachstumsdefekte in ihren lichtempfindlichen Kompartimenten aufwiesen. Diese Untersuchungen wurden mit einer umfassenden Lipidanalyse des Auges kombiniert. Das Autorenteam erklärt: „Durch die Verknüpfung verschiedener Methoden mit einem quantitativen Ansatz konnten wir erhöhte Werte von hydroxylierten Sphingolipiden in Mutanten mit kürzeren lichtempfindlichen Kompartimenten erkennen.“ Die Forschenden fanden auch heraus, dass hydroxylierte Sphingolipide das Wachstum beeinflussen, indem sie die Menge des lichtempfindlichen Proteins (Rhodopsin) beschränken, das in diese Kompartimente gelangt.

In zukünftigen Studien werden Fragen wie diese zu untersuchen sein:
1. Wie beeinflussen andere Aspekte des Zellstoffwechsels das Wachstum dieser spezialisierten Kompartimente?
2. Schränken ähnliche "Stopp"-Signale das Wachstum in anderen Geweben ein? Dies ist deshalb wichtig, weil hydroxylierte Lipide auch in spezialisierten Kompartimenten von Organen wie dem Darm vorkommen.

Originalpublikation

Sarita Hebbar, Kai Schuhmann, Andrej Shevchenko, Elisabeth Knust: Hydroxylated sphingolipid biosynthesis regulates photoreceptor apical domain morphogenesis. J Cell Biol (2020), 13. Oktober 2020, doi: 10.1083/jcb.201911100