Membranzusammenführung

Membranzusammenführung bezeichnet den Prozess, bei dem zwei lipidische Biomembranen zu einer durchgehenden Membran verschmelzen. Dabei verbinden sich die äußeren Blattlagen der beiden Lipiddoppelschichten, gefolgt von der Bildung einer oder mehrerer Fusionsporen, durch die Membranbestandteile sowie gegebenenfalls der zelluläre Inhalt ausgetauscht werden kann. Membranzusammenführung ist grundlegend für viele zelluläre Prozesse, einschließlich Vesikeltransport, Befruchtung und viralen Eintritt.

Mechanismus: Der Prozess überwindet eine energetische Barriere; in vielen Fällen wird er durch spezialisierte Proteine erleichtert. Typische Schritte sind Annäherung und Apposition der Membranen, Bildung einer Hemifusion, Bildung einer Fusionspore und deren Ausweitung. Proteine, die Fusion im vesikulären Trafficking katalysieren, sind SNAREs; Calciumabhängige Sensoren wie Synaptotagmin lösen die Fusion aus. NSF/SNAP-Komplexe unterstützen danach das Recycling der Proteine. Virale Fusogene wie Influenza-Hemagglutinin (HA) und HIV-GP41 ermöglichen die Fusion der Virus-Umhüllung mit der Wirtsmembran durch Konformationsänderungen der Proteine. Die Membranzusammenführung wird außerdem durch die Membranlipidzusammensetzung beeinflusst, zum Beispiel durch Cholesterinanteil.

Typen und Beispiele: Intrazelluläre Fusion, etwa Vesikel-Fusion mit der Plasmamembran während der Exozytose; Plasmamembran-Fusion im Befruchtungsprozess; endosomale bzw. lysosomale Fusionsereignisse; Virus-Entry durch Fusion in der Wirtszelle.

Bedeutung und Forschung: Membranzusammenführung ist zentral für Neurotransmission, sekretorische Prozesse, Immunreaktionen und Entwicklung. Störungen der Fusion können zu neurologischen Erkrankungen, Stoffwechselproblemen oder Infektionen beitragen. Forschungsmethoden umfassen in vitro Liposomenfusionsassays, FRET-basierte Messungen und mikroskopische Techniken; Anwendungen finden sich in der Wirkstoffabgabe, Liposomentechnologie und Gentherapie.