Gezeigt wird, dass das Protein NDRG3 eine zentrale Rolle bei dieser Anpassung spielt. NDRG3 wirkt als Sensor für das Stoffwechselprodukt Laktat, das während Sauerstoffmangel (Hypoxie) entsteht. Das Protein greift in den Transportprozess zwischen zwei Zellorganellen ein, dem endoplasmatischen Retikulum (ER) und dem Golgi-Apparat. Diese Strukturen sind so etwas wie die Produktions- und Versandabteilung der Zelle: Im ER werden Proteine hergestellt, im Golgi-Apparat weiterverarbeitet und verteilt.
„Wir konnten zeigen, dass NDRG3 in Phasen von Sauerstoffmangel den Transport zwischen ER und Golgi gezielt verlangsamt“, erklärt Professor Michael Schwake, Letztautor der Studie. „Damit spart die Zelle Energie und vermeidet unnötige Aktivität in einer Phase, in der sie auf Sparflamme läuft.“
Ein molekularer Schalter spart Energie
Im Detail fanden die Forschenden heraus, dass NDRG3 unter Sauerstoffmangel das dabei entstehende Laktat bindet und „Laktat-beladen“ mit einer bestimmten Form von Syntaxin-5 interagieren kann. Dieses Protein gehört zu einem sogenannten SNARE-Komplex, einem molekularen Membranfusionsystem, das kleine Bläschen (Membranvesikel) mit Transportstoffen von einem Zellbereich zum anderen schleust. Durch die Bindung an Syntaxin-5 stört NDRG3 diesen Prozess gezielt und sorgt dafür, dass der Stofftransport zwischen ER und Golgi verlangsamt wird.
Fehlt NDRG3, funktioniert diese Bremse nicht: Zellen ohne das Protein setzen den Transport fort, obwohl ihnen Sauerstoff fehlt. Damit liefern die Ergebnisse einen neuen mechanistischen Zusammenhang zwischen Sauerstoffmangel und der Regulation des Zellstoffwechsels.
Einblicke in Krankheitsmechanismen
Das Verständnis dieser Prozesse ist nicht nur für die Zellbiologie interessant. „Einige Krankheiten, wie Muskelerkrankungen und Epilepsien, hängen mit Störungen in genau diesen Transportwegen zusammen“, sagt Pia Ferle „Unsere Erkenntnisse könnten daher langfristig helfen zu verstehen, warum solche Krankheiten auf molekularer Ebene entstehen und wie man gezielt behandeln kann.“
Die Studie verbindet damit zwei bislang getrennte Forschungsfelder: die zelluläre Antwort auf Sauerstoffmangel und der daraus folgende Anstieg an Laktat und die Regulation des Proteintransports in der Zelle. Sie zeigt, wie eng beide Prozesse verknüpft sind und wie präzise Zellen auf veränderte Umweltbedingungen reagieren können.
Quelle: Universität Bielefeld
Originalpublikation: Pia E. Ferle et al.; The lactate sensor NDRG3 decelerates ER-to-Golgi transport through interaction with the long isoform of syntaxin-5; PNAS, November 2025, DOI: 10.1073/pnas.2511307122