Zucker treibt Zellen nicht nur energetisch an

Dass unser Körper aus Zucker Energie gewinnt, ist eine bekannte biologische Grundlage. Forschende der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) haben nun jedoch entdeckt, dass ein Zwischenprodukt dieses Abbauprozesses zugleich eine Schlüsselrolle für die Beweglichkeit von Körperzellen spielt. Diese Erkenntnisse sind von großer Bedeutung für das Verständnis fundamentaler biologischer Abläufe. Sie betreffen die Zellwanderung während der Embryonalentwicklung ebenso wie die Ausbreitung metastasierender Krebszellen oder die Prozesse der Wundheilung.

Zelluläre Verankerung und Dynamik: Der Steuerung von Adhäsionsstrukturen auf der Spur

Unser Körper besteht aus schätzungsweise 32 Billionen Zellen, die für einen stabilen Zusammenhalt fest in ihrer Umgebung verankert sein müssen. Hierfür nutzen sie unter anderem sogenannte fokale Adhäsionen. Das sind Proteinkomplexe, die einerseits an umgebende Moleküle binden und andererseits im Zellinneren mit dem Zytoskelett verknüpft sind. Damit sich Zellen etwa bei der Wundheilung oder während der Embryonalentwicklung bewegen können, müssen diese Strukturen sowie das Zytoskelett dynamisch auf- und abgebaut werden. Wenn dies unkontrolliert geschieht, kann dies zur Ausbreitung von Tumorzellen führen.

Was genau diesen Umbau steuert, ist bisher nicht vollständig geklärt. Eine aktuelle Studie der RPTU setzt genau hier an. Zusammen mit dem Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie unterdrückte ein Team um Professorin Tanja Maritzen mittels siRNAs gezielt die Herstellung einzelner Proteine, um deren Einfluss auf die Zelle zu untersuchen. „Dazu haben wir die Adhäsionsstrukturen der Zellen angefärbt, mikroskopiert und dann mit automatischer Bildanalyse ausgewertet, ob sie in ihrer Größe oder Anzahl verändert waren“, berichtet Maritzen.

Wie ein Stoffwechsel-Zwischenprodukt die Zellwanderung steuert

Das Forschungsteam untersuchte insgesamt 18.000 verschiedene Proteine des menschlichen Körpers und stieß dabei auf das Stoffwechsel-Enzym Aldolase A. In dessen Abwesenheit zeigten die Zellen eine auffällige Vergrößerung sowie eine Zunahme fokaler Adhäsionen. Ursächlich hierfür ist die Anreicherung eines speziellen Zuckers, der durch die Bindung an ein bestimmtes Protein den Startschuss für die Zellwanderung gibt. Dr. Lennart Hoffmann konkretisiert: „Wir haben herausgefunden, dass eine der kleinen Verbindungen, die beim Verstoffwechseln von Zucker entsteht, ein Molekül Fruktose-1,6-Bisphosphat, kurz FBP, nicht nur ein Zwischenprodukt bei der Energiegewinnung aus Zucker ist, sondern auch ein Signal für den Umbau von Zytoskelett und Adhäsionen darstellt.“ Präzise formuliert sorgt FBP dafür, dass das Protein Rac1 – ein Aktivator des Zytoskelettumbaus – von seinem inaktiven in den aktiven Zustand wechselt. „Das aktive Rac1 führt zur Generierung von neuen Zytoskelett-Elementen an der Zellfront, was eine Ausdehnung der Zellmembran bewirkt – samt gleichzeitiger Verankerung mittels neuer Adhäsionspunkte“, so Hoffmann weiter.

Energiestatus als Startsignal: Wie Zellen ihren Umbau koordinieren

Es bestand bereits seit Längerem die Vermutung, dass der zelluläre Energiestoffwechsel den Umbau des Zytoskeletts sowie den Aufbau von Adhäsionsstrukturen maßgeblich beeinflusst. „So wie ein Läufer nicht in unterernährtem Zustand zu einem Rennen starten sollte, ergibt es Sinn, dass eine Zelle Feedback zu ihrem Energiestatus bekommt, bevor sie den energieintensiven Umbau ihres Zytoskeletts in Angriff nimmt“, schlussfolgert Tanja Maritzen. Diese Rückkopplung stellt sicher, dass die Zelle nur dann in die aufwendige Neustrukturierung investiert, wenn ausreichend Ressourcen vorhanden sind.

Zellwanderung und Zytoskelett: Weitreichende Impulse für die Forschung

Die neu gewonnenen Erkenntnisse sind für zahlreiche biologische Aspekte von großer Bedeutung: „Im engeren Sinne für die Bereiche, die sich mit der Adhäsion und Wanderung von Zellen beschäftigen. Sowohl die Wanderung von Immunzellen als auch von metastasierenden Krebszellen könnte durch den von uns aufgedeckten Mechanismus beeinflusst werden“, erklärt Tanja Maritzen mit Blick auf potenzielle Folgeuntersuchungen. Da das Zytoskelett zudem bei Prozessen wie der Insulinsekretion oder der Entstehung neuer Gefäße eine zentrale Rolle spielt, sind die Ergebnisse gleichermaßen relevant für die Erforschung dieser grundlegenden Vorgänge.

Quelle

Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau RPTU (03/2026)