Intrazellulärer Lipidtransport

Die Membranlipidsynthese läuft überwiegend im Endoplasmatischen Retikulum (ER) ab, einige Schritte finden auch in den Mitochondrien statt. Jedes Zellorganell hat eine spezifische Lipid-Zusammensetzung und besonders bezogen auf Sphingolipide und Cholesterin ist diese sehr unterschiedlich. In der Plasmamembran ist der Anteil dieser Lipide sehr hoch, im ER dagegen sehr gering.

Um die Funktionalität der einzelnen Organellen aufrecht zu erhalten, muss ein gerichteter und regulierter Lipidtransport vom Syntheseort aus stattfinden. Ohne Regulation würden alle Membranen innerhalb einer Zelle auf Dauer identisch zusammengesetzt sein.

Während des vesikulären Transports bilden sich an einer Donormembran (z. B. am ER) Vesikel, die zum Zielorganell transportiert werden und hier mit der Zielmembran verschmelzen. Da die Vesikel aus Membranlipiden bestehen, findet über diesen Weg immer auch ein Lipidtransport statt. Grundsätzlich ist dieser Tranport aber nicht ausreichend regulierbar, um den gesamten Lipidtransport innerhalb einer Zelle zu kontrollieren. Es existieren dennoch Mechanismen, über welche die Zusammensetzung der Vesikel angepasst wird.

Der Golgi-Apparat fungiert als eine Art Verteilerstation für den vesikulären Transport. Hier werden exozytotische Vesikel gebildet, die mit der Plasmamembran verschmelzen. Andere Vesikel dagegen transportieren Material vom Golgi zu den Endosomen und Lysosomen. Die Membranen des Golgis enthalten so genannte Lipid Rafts, die besonders reich an Cholesterin und Sphingolipiden sind. Durch die physikalischen Eigenschaften der Lipide ist die Membran in diesen Bereichen dicker als in anderen. Vesikel, die zu Endosomen transportiert werden, bilden sich präferentiell außerhalb von Lipid Rafts. Dadurch ist der Anteil von Cholesterin und Sphingolipiden in den Vesikeln sehr gering.

Nicht alle Organellen sind Teil des Endomembransystems. Sie sind also nicht über vesikulären Transport miteinander verbunden. Dazu gehören die Mitochondrien und Peroxisomen. Es muss also nicht-vesikuläre Wege geben, Lipide zwischen Organellen auszutauschen.

Grundsätzlich sind Lipide in der Lage, als Monomere zwischen zwei Membranen zu diffundieren. Dieser Prozess ist aber sehr langsam. Sogenannte Lipidtransferproteine (LTPs) können diesen beschleunigen und damit physiologisch relevant machen. LTP besitzen eine hydrophobe Tasche, in die sie das Lipid aufnehmen und so über die hydrophile Phase (das Zytosol) transportieren können. An der Zielmembran entlassen sie das Lipid wieder.

LTPs agieren besonders häufig an Membrankontaktzonen. In diesen spezialisierten Bereichen stehen die äußeren Membranen von zwei Organellen im engen Kontakt, ohne miteinander zu verschmelzen. Durch die Nähe ist der Transportweg sehr kurz und die LTPs können effizienter arbeiten.

• Lev Non-vesicular lipid transport by lipid-transfer proteins and beyond. Nat Rev Mol Cell Biol; 2010