In gesunden Leberzellen einer Maus bilden sich ausreichend Endosome (hier lila eingefärbt). Ohne Rab5 ändert sich das auf drastische Weise. Die Zellwände sind grün eingefärbt, blau sind die Zellkerne zu sehen.
Die Leber erfüllt lebenswichtige Aufgaben wie unseren Stoffwechsel und die Entgiftung des Körpers. Dazu müssen Leberzellen Stoffe aufnehmen oder ausscheiden, Signale verschicken oder empfangen. Bestimmte Gene steuern all diese Vorgänge – funktionieren sie nicht, kommt es zu schwerwiegenden Erkrankungen – wie etwa einen zu hohen Cholesterinspiegel.
Forscher des MPI-CBG interessierten sich dafür, wie sich in der Zelle so genannte Endosome herausbilden – aufgenommene Nährstoffe und Signalmoleküle werden durch hunderte solcher Transportschleusen in der Zelle gereicht und nahmen dabei ein bestimmtes Gen unter die Lupe: Rab5.
Zunächst entwickelten die Forscher ein mathematisches Modell, das die Abhängigkeit der Endosomen-Bildung von Rab5 berechnet und vorhersagt. Die Theorie wurde dann praktisch nachgeprüft: In Mäusen haben die Wissenschaftler alle drei existierenden Rab5-Gene in der Leber herunterreguliert. Ausgeführt wurde das mit der neuesten RNAi-Technologie – damit lässt sich sehr schnell und zielgenau ein Gen ausschalten.
Elektronenmikroskopische Aufnahmen bestätigten, dass sich ohne Rab5 nur noch rund 20% der nötigen Endosomen bildeten – der Stoffwechsel der Zelle bricht zusammen. Die Konsequenz: Die Tiere litten unter Stoffwechselstörungen, Zucker und Fett lagerte sich in den Zellen ab.
Die Experimente belegen, dass das Gen Rab5 tatsächlich entscheidend wie ein Koordinator für die Herausbildung von Endosomen agiert und die Physiologie der Leber steuert. Die Ergebnisse sind also ein wichtiger Ansatzpunkt für mögliche neue Therapien für Stoffwechselstörungen beim Menschen.
Die Ergebnisse sind auch ein weiterer wichtiger Beitrag zum Verbundprojekt „Virtuelle Leber“ des Bundesministerium für Bildung und Forschung (www.virtual-liver.de): Dieses Projekt erforscht Aufbau und Funktion der Leber durch Nachbildung des Organs in einem dynamischen Modell – mit dem Ziel, in Zukunft neue klinische Anwendungen und Therapien entwickeln zu können.
Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher in der Zeitschrift Nature.