Die Glycocalyx ist eine hochkomplexe Struktur, die jede Zelle im Körper umgibt. Sie besteht aus Zuckern und den Proteinen und Lipiden, an die diese Zucker gebunden sind. Man könnte sich den Glycocalyx als Umhang vorstellen – tatsächlich bedeutet „Glycocalyx“ „süße Schale“. Somit ist der Glycocalyx der erste Teil der Zelle, der mit der extrazellulären Umgebung interagiert, etwa mit anderen Zellen, Proteinen oder Krankheitserregern. Die Dicke der Glycocalyx beträgt viele Dutzend bis einige hundert Nanometer. Daher sind alle Membranproteine buchstäblich unter dem Glycocalyx begraben. Über viele Jahrzehnte stand die Glycocalyx nicht im Zentrum der Forschung, aber neuere Erkenntnisse haben gezeigt, dass sie für eine Reihe lebenswichtiger Prozesse von zentraler Bedeutung ist. Zum Beispiel ist die Glycocalyx ein Regulator der Immunantwort, treibt die Entstehung und Metastasierung von Krebs an und ist ein Bindungspartner für Krankheitserreger, sowohl Bakterien als auch Viren.

Wir wissen also, dass die Glycocalyx an wesentlichen zellulären Prozessen beteiligt ist, aber wir wissen nicht, wie. Der Grund dafür ist die erstaunliche Komplexität des Glycocalyx: Zehntausende verschiedener Verbindungen, von kleinen „Zuckerbäumen“ auf Proteinen bis zu riesigen Zuckerpolymeren, sind auf engstem Raum dicht gepackt.

Unsere Forschung hat zum Ziel, diese Lücke zu schließen und herauszufinden, wie die Glycocalyx und die Zelle auf mechanistischer Ebene aufeinander einwirken. Wir verwenden modernste nicht-invasive optische Methoden, z.B. iSCAT und superhochauflösende Mikroskopie. Dadurch können wir die relevanten Längen- und Zeitskalen von wenigen Nanometern und Mikrosekunden betrachten, um wesentliche biophysikalische Eigenschaften von Glycocalyx-Komponenten wie Diffusion, Clustering oder räumliche Organisation zu analysieren. Um unsere Untersuchungen breiter aufzustellen, verwenden wir nicht nur etablierte, hochspezifische Labelingmethoden, sondern entwickeln auch neue Strategien. Besonderes Augenmerk legen wir auf die Krebs-Glycocalyx, um herauszufinden, wie die Glycocalyx das Fortschreiten und die Metastasierung von Krebs antreibt.

Schauen Sie sich doch einen aktuellen Review aus unserer Gruppe an, um einen ersten Eindruck von der faszinierenden Welt der Glycocalyx zu bekommen!

The Emerging Role of the Mammalian Glycocalyx in Functional Membrane Organization and Immune System Regulation