Molekulardynamik-Simulationen ermöglichen es, komplexe biologische Prozesse zu untersuchen, die mit Experimenten nicht möglich wären. Einige dieser Prozesse wie Enzymregulierung, Proteinfaltung und -wechselwirkungen oder die Zusammensetzung von Membranen sind von besonderem Interesse, da sie der Schlüssel zum Verständnis der Entstehung, des Verlaufs und der Behandlung schwerer Krankheiten wie Krebs oder neurodegenerativer Störungen sind.
Der Zelltod ist ein wesentlicher Prozess im Körper: Er verhindert die Entwicklung von Tumoren und die Verbreitung von Krankheitserregern, indem er geschädigte oder infizierte Zellen gezielt beseitigt. Landläufig besteht die Vorstellung, dass Zellen am Ende ihres Lebens einfach platzen. Ein internationales Forschungsteam der Universitäten Stuttgart, Basel, Lausanne, der ETH Zürich und weiterer Einrichtungen haben jedoch entdeckt, wie ein spezifisches Protein namens Ninjurin-1 Sollbruchstellen für das Aufreißen der Zellmembran erzeugt und so den Zelltod herbeiführt.
Mit modernster Technologie wie hochauflösender Mikroskopie und Kryoelektronenmikroskopie konnten die Forschenden das kleine Protein Ninjurin-1, das in der Zellmembran schwimmt und seit 1996 bekannt ist, erstmalig sichtbar machen. Anschließend gelang es Dr. Kristyna Pluhackova, Nachwuchsgruppenleiterin für Molekulardynamik am Stuttgarter Zentrum für Simulationswissenschaft, Mithilfe von Molekulardynamik-Simulationen auf atomarer Ebene zu zeigen, wie Ninjurin-1 die Zelle letztendlich zerstört. „Erhalten die Ninjurin-1 Proteine den Befehl, die Zelle zu zerstören, werden sie aktiv, fügen sich zusammen und reißen die Zellmembran Stück für Stück auf, bis die Zelle komplett zerfällt. Dies hat anschließend das Team aus Lausanne mit lebenden Zellen bestätigt“, erklärt Pluhackova.
Die Erkenntnisse über die atomare Struktur des Ninjurin-1 Proteins sind ein wichtiger Meilenstein für das Verständnis des Zelltods und eröffnen neue Möglichkeiten für Therapien bei Krebs, neurodegenerativen Erkrankungen wie Parkinson, bei Infektionen oder Entzündungen.
Wer es ganz genau wissen will:
Morris Degen, José Carlos Santos, Kristyna Pluhackova et al: Structural basis of NINJ1-mediated plasma membrane rupture in cell death, Nature 2023, DOI 10.1038/s41586-023-05991-z
Über die Wissenschaftlerin
Dr. Kristyna Pluhackova ist Nachwuchsgruppenleiterin am Stuttgarter Zentrum für Simulationswissenschaft. Ihr Forschungsgebiet sind biologische Molekulardynamik-Simulationen.