Stressleitung durch Membranen

Zentral für die Wahrnehmung taktiler oder akustischer Reize ist die Umsetzung der mechanischen Stimuli in elektrische Signale, die im Nervensystem verarbeitet werden können. Verantwortlich dafür sind sogenannte mechanosensitive Kanäle in der Membran spezialisierter Zellen. Im offenen Zustand leiten diese Kanäle Ionen, d. h. sie generieren ein elektrisches Signal. Derzeit ist unklar ob die Kanalöffnung durch den Kontakt mit anderen Proteinen, genauer mit Proteinen des Zytoskeletts, vermittelt wird. Gemäß einer alternativen Hypothese könnte der mechanische Reiz auch von der umgebenden Membran direkt zum Kanal übertragen werden. Wir werden diese Hypothese prüfen, indem wir derartige Kanäle aus ihrer natürlichen Umgebung isolieren und in einfache Lipiddoppelschichten einbauen. Zur Generierung des mechanischen Reizes verwenden wir fotoschaltbare Lipide. Sollte der mechanische Reiz von der Membran geleitet werden, würden wir eine Kanalöffnung auch dann mittels Strommessung feststellen können, wenn sich das, die mit Licht geschalteten Lipide enthaltende, Areal in einiger Entfernung von den mechanosensitiven Kanälen befindet. Entgegengesetzte Ergebnisse würden darauf hindeuten, dass ein direkter Kontakt zwischen Zytoskelett und Kanal erforderlich ist.

In diesem Projekt wurde gezeigt, dass sich Lichtsignale - ähnlich wie das Einschalten einer Lampe - in elektrische Signale umwandeln lassen, die von ursprünglich nicht lichtempfindlichen Zellen zur Verarbeitung von Informationen genutzt werden können. Möglich wird dies durch den Einsatz spezieller, lichtempfindlicher Lipide ("Fotolipide"), die sich bei Lichteinfall in ihrer Form verändern und dadurch die Funktion natürlicher Ionenkanäle in Zellmembranen beeinflussen. Die Kanäle selbst stammen aus der Zelle und werden nicht künstlich verändert - genetische Manipulation ist nicht erforderlich. Das Projekt liefert neue Ansätze für die gezielte Steuerung biologischer Prozesse mit Licht und eröffnet potenzielle Anwendungen in der biomedizinischen Forschung, etwa zur Untersuchung von Reizweiterleitung oder zur Entwicklung neuartiger Therapien.