Die Vermessung der Zelle: Internationales Team erforscht das Endoplasmatische Retikulum

Ein internationales Team aus der Molekularbiologie und Bioinformatik hat sich mit einem eigens entwickelten Verfahren der Herausforderung gestellt, genau zu entschlüsseln, aus welchen Molekülen sich die Membran dieses Zellorganells zusammensetzt. Ihre Ergebnisse haben sie jetzt im renommierten Fachjournal EMBO Reports veröffentlicht. Erstautorin ist Aamna Jain, die bei Molekularbiologie-Professor Robert Ernst an der Universität des Saarlandes promoviert. 

„Wir sprechen von Stoffwechselerkrankungen, wenn biochemische Prozesse im Körper gestört ablaufen und so die Umwandlung und Verteilung von Nährstoffen aus der Balance bringen. Eine Vielzahl komplexer Stoffwechselerkrankungen entstehen am Endoplasmatischen Retikulum, wo die Zelle neue Proteine herstellt, und Membranfette synthetisiert. Um gezielt wirksame Therapien zu entwickeln zu können, müssen wir verstehen, wie das Endoplasmatische Retikulum auf gestörte Stoffwechsellagen reagiert“, sagt Robert Ernst, Professor für Molekularbiologie der Universität des Saarlandes und Mitautor der Studie. „Für uns ist das Endoplasmatische Retikulum besonders interessant, weil es sozusagen 'eine besonders feine Nase hat', und gleichermaßen auf Tumorerkrankungen und chronisch-entzündliche Erkrankungen wie Rheuma oder Morbus Crohn reagiert“, erklärt Robert Ernst.

Sein Forscherteam hat daher ein Verfahren entwickelt, mit dem man das Endoplasmatische Retikulum aus der Zelle isolieren kann, um es dann mit modernster Analytik zu vermessen. „Die größte Herausforderung war, dass das Netzwerk des Endoplasmatischen Retikulums mit den anderen Bestandteilen der Zelle im ständigen Austausch steht und regelrecht an ihnen klebt. Diese Verklebungen mussten wir zunächst lösen, um dann mit Hilfe von Antikörpern das Endoplasmatische Retikulum herauszufischen“, erläutert die Biochemikerin Aamna Jain. 

Durch die Weiterentwicklung ihrer „MemPrep“ Technologie, die ursprünglich für den Modellorganismus Hefe entwickelt wurde, konnten die Wissenschaftler nun auch das Organell aus Säugerzellen isolieren und vermessen. Das ermöglicht es genau zu verstehen, wie das Endoplasmatische Retikulum auf metabolischen Stress reagiert und zeigt Möglichkeiten auf, wie man zurück zum metabolischen Gleichgewicht kommen könnte. 

Auch für Zellbiologen ist die Arbeit interessant, weil sie Hinweise liefert, dass unterschiedliche Regionen des Endoplasmatischen Retikulums unabhängig davon, ob es röhrenförmig oder flach ist, stets aus den gleichen Membranfetten aufgebaut ist. „Dies war ein überraschendes Ergebnis, weil diese Regionen eindeutig durch unterschiedliche Proteine stabilisiert werden – den Membranfetten scheint das aber egal zu sein“, erklärt Robert Ernst. 

Bioinformatik-Professor Volkhard Helms und sein Mitarbeiter Mohamed Elmofty von der Universität des Saarlandes haben mit der Entwicklung der Software „HelixHarbor“ dazu beigetragen, spezifische Besonderheiten von Membranproteinen im Endoplasmatischen Retikulum zu identifizieren. Ihre Erkenntnisse konnten anschließend mithilfe von Joseph Lorent vom Louvain Drug Research Institute der UCLovain in Belgien – einem Experten für Sequenzanalysen – generalisiert werden. 

„Die Vermessung der Zelle und ihrer Organellen ist ein wichtiger Schritt in Richtung eines digitalen Zwillings, der es ermöglicht am Rechner zelluläre Prozesse zu simulieren und Vorhersagen zu treffen, die im Labor mit Hilfe von Experimenten überprüft werden und in einem fortlaufenden Prozess zur weiteren Optimierung des digitalen Zwillings beitragen“, sagt Robert Ernst.

Hintergrund: Studie im Rahmen des Frankfurter Exzellenzclusters SCALE 

Dora Tang, Professorin für Synthetische Biologie der Universität des Saarlandes und Robert Ernst, Professor für Molekularbiologie der Saar-Universität, sind an dem Exzellenzcluster „Subcellular Architecture of Life (SCALE)“ der Goethe-Universität Frankfurt beteiligt. Als externe Mitglieder im Kernteam des Exzellenzclusters ist es ihr Ziel, digitale und synthetische Zwillinge von Zellkompartimenten entwickeln, um das zelluläre Verhalten mit noch realistischeren, digitalen Modellen abzubilden. 

Mehr Infos:https://scale-frankfurt.org/

Originalpublikation:

Mammalian MemPrep establishes the lipid composition of ER membranes in HEK293T cells, Autoren: Aamna Jain, Alexander von der Malsburg, Cynthia Alsayyah, Claudia Götz, Mohamed Elmofty, John Reinhard, Per Haberkant, Volkhard Helms, Joseph H Lorent & Robert Ernst, in: EMBO Reports (2026)

https://doi.org/10.1038/s44319-026-00952-9

Fragen beantwortet:

Prof. Dr. Robert Ernst
Universität des Saarlandes
Präklinisches Zentrum für Molekulare Signalverarbeitung (PZMS)
Medizinische Biochemie & Molekularbiologie 
Tel.: 06841 16--16691
E-Mail: robert.ernst(at)uni-saarland.de