Fetttransporter liegen in der Zelle

Fettsäureaufnahme anders als gedacht

Langkettige Fettsäuren sind wichtige Metaboliten für die Biosynthese von Fetten und sind „Brennstoff“ für den Organismus. Bislang gab es unterschiedliche Darstellungen, wie diese Fettsäuren in die Zelle kommen. Das Molekül, dem dafür bislang die Transportaufgabe zugeschrieben wurde, bezeichnen die Wissenschaftler als FATP (fatty acid transport protein) und wurde in der Zellmembran vermutet. Mit ähnlicher wirkung wie Membranproteine, die Glucose durch einen Tunnel in die Zelle schleusen. Beim Fetttransport durch einen Membrantunnel konnten aber die „verdächtigen“ Moleküle die Experten bislang nicht wirklich überzeugen und wurde in mehreren wissenschaftlichen Arbeiten diskutiert. FATP entsprach gar nicht der typischen Topologie von Tunnelproteinen.
Jetzt haben Wissenschaftler der Medizinischen Universitätsklinik Heidelberg herausgefunden, dass der Fetttransporter schon in der Zelle liegt. Die neue Essenz für die Lehrbücher: „Ein für die Fettaufnahme entscheidendes Protein, das Fatty Acid Transport Protein 4 (FATP4) befindet sich nicht auf der Oberfläche der Darmschleimhautzellen und kann deshalb auch keine Fettsäuren ins Zellinnere transportieren. FATP4 befindet sich vielmehr in den Zellen und sorgt als Enzym dafür, dass die Fettsäuren für eine Weitergabe an den Blutkreislauf aufbereitet werden.“

Proteine mit Enzymaktivität
Die Familie der FATP-Proteine bringt im Säugerdarm vorzugsweise den Typ mit der „4“ am Ende hervor. Sie alle besitzen eine Acyl-CoA – Enzymaktivität.
Die Beeinflussung der Fettsäureaufnahme in die Zelle des Intestinaltraktes ist eine bedeutende medizinische Strategie in der Bekämpfung verschiedener Krankheiten, wie Adipositas oder Diabetes. Deshalb haben die Forscher unter der Leitung von Dr. Joachim Füllekrug Wert auf die genaue Aufdeckung der Abläufe gelegt. Dazu gehört eben auch die Lokalisation.

Acyl-CoA: Fettsäuren sind chemisch gesehen relativ reaktionsträge und müssen über Coenzyme aktiviert werden. Acyl-CoA ist bereits eine aktivierte Fettsäure und wirkt mit dem Enzym Thiokinase auf die eingeschleusten Fettsäuren. Dann entsteht erst eine energiereiche Fettsäure, die zu weiteren Reaktionen fähig ist. roRo

Auf die Spur des Fettaufnahme kamen die molekularen Zellbiologen durch hochauflösende Mikroskope, die bis in die Zelle hineinsehen können. Nachwuchswissenschaftlerin Katrin Milger hat in diesem Rahmen ihre medizinische Dissertation geschrieben.

Endoplasmatisches Reticulum
Die Fotos über das Mikroskop sind der Beweis. Die Oberflächen der Darmzellen sind rot eingefärbt, die Zellkerne blau und das FATP4 ist grün: eindeutig im Zellinneren (s. Foto). Das Team hat sogar noch mehr herausgefunden. FATP4 liegt auf der Membran des Endoplasmatischen Reticulum (ER). Auf der Basis von Einzelzellenanalysen haben die Heidelberger herausgefunden, dass die Ausbildung des Proteins auf dem ER eng mit der Aufnahmerate an Fettsäure verbunden ist. Sie vermuten, dass die enzymatische Aktivität des FATP4, die Veresterung der Fettsäuren mit dem Coenzym A, der Grund für die Korrelation von FATP4 und Fettsäureaufnahme ist: Je aktiver, desto höher die Aufnahme.
Selbst in der wissenschaftlichen Originalarbeit waren die Mediziner über ihr Ergebnis überrascht. Die Lokalisierung war ein „unerwarteter Fund“ und zeigt überdeutlich, dass FATP4 kein Transportprotein ist.

Endoplasmatisches Reticulum: Das ER ist ein weit verzweigtes System, das von Membranen umgeben ist und in allen Zellen vorkommt, die einen echten Zellkern haben. Das ER kann mit Ribosomen besetzt sein, an denen in der Zelle Proteine synthetisiert werden. Fehlen Ribosomen, dann handelt es sich um „agranuläres (glattes) ER“. Aufgabe: Herstellung von Lipiden (unter anderem). roRo

Wirkweise
Die Aktivität des Coenzyms senkt zwar die Konzentration der Fettsäuren im Zellinneren, weil diese entweder selbstständig oder über andere Proteine aus der Zelle herausgeschleust werden, aber: diese Konzentrationssenkung führt dazu, dass, solange die Fettsäurekonzentration außerhalb der Zelle höher ist, vermehrt Fettsäuren in die Zelle gelangen. Das ist der Massentransport entlang eines Konzentrationsgefälles.
Dr. Füllekrug hatte zwar nur Darmzellen untersucht, aber er denkt, dass auch in der Leber und im Fettgewebe die gleichen Prozesse ablaufen: „Dies bedeutet, dass hier ein Umdenken einsetzen muss. Der Fettgehalt im Blut wird also anders beeinflusst, als man sich bislang vorgestellt hat.“

Lesestoff:
Die Arbeit wurde im Journal of Cell Science veröffentlicht: Milger, K; T. Herrmann, C. Becker et al. 2006 Cellular uptake of fatty acids driven by the ER-localized acyl-CoA synthetase FATP4. J cell Sci. 19 (22): 4678-4688;
doi:10.1242/jcs.03280
Abstract: http://jcs.biologists.org/cgi/content/abstract/119/22/4678

roRo; Foto: Uni Heidelberg