Zellen „spüren“ anhand des Membranpotentials, wie stark sie beengt sind
Woher weiß eine Zelle, wann genügend Platz zum Wachsen vorhanden ist oder wann es zu eng wird, um sich weiter zu teilen? Eine neue, in der Fachzeitschrift „Cell“ veröffentlichte Studie zeigt, dass Zellen diese Frage mithilfe eines überraschend einfachen physikalischen Signals beantworten: Elektrizität.
Forscher haben herausgefunden, dass Zellen die Dichte oder den Platzmangel in ihrer Umgebung messen, indem sie den Druck über das Membranpotenzial wahrnehmen. Wenn Zellen von ihren Nachbarn zusammengedrückt werden, konzentriert sich ihr innerer Inhalt. Grundlegende physikalische Prinzipien bestimmen, wie diese Veränderung automatisch das Membranpotenzial der Zelle – die winzige elektrische Spannung an der Außenfläche der Zelle – verändert. Die Zellen „lesen“ diese Spannung dann wie eine Messanzeige. Wenn das Membranpotenzial bestimmte Werte erreicht, signalisiert es der Zelle, ob die Bedingungen für das Wachstum günstig sind oder ob sie die Teilung einstellen sollte. Mit anderen Worten: Zellen wandeln physischen Druck in ein elektrisches Signal um und nutzen dieses Signal dann, um Entscheidungen zu treffen.
Die Studie zeigt, dass Zellen sich nicht nur auf chemische Signale verlassen – sie verarbeiten Informationen auch anhand grundlegender physikalischer Prinzipien. Durch die Kombination von Experimenten und Simulationen belegt diese gemeinsame Forschungsarbeit der Harvard Medical School und des Forschungszentrums Jülich, wie lebende Zellen physikalische Prinzipien nutzen, um ihre Umgebung wahrzunehmen und ihr Verhalten zu steuern.
Originalveröffentlichung:
Avik Mukherjee, Yanqing Huang, Jens Elgeti, Seungeun Oh, Jose G. Abreu, Leander Ammar, Anjali R. Nelikat, Jannik Schüttler, Dan-Dan Su, Christophe Dupre, Nina Catherine Benites, Xili Liu, Leonid Peshkin, Mihail Barboiu, Hugo Stocker, Marc W. Kirschner, and Markus Basan:
Membrane potential mediates the cellular response to mechanical pressure
Cell 189, 143-160, 2026.
DOI: 10.1016/j.cell.2025.11.004
Kontakt
- Institute for Advanced Simulation (IAS)
- Theoretische Physik der Lebenden Materie (IAS-2)
Raum 2006