Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Grenzenlos im Einsatz

02.05.2008
Neue und effektive Art der Fortbewegung bei weißen Blutkörperchen gefunden, die möglicherweise auch Krebszellen für sich nutzen

Die Fortbewegung von Zellen im Organismus ist streng reguliert und auf jeweils spezifische Gewebe beschränkt. Nur Leukozyten, die weißen Blutkörperchen, können auf der Suche nach Krankheitserregern und anderen Eindringlingen frei im Körper patrouillieren. Ein Forscherteam um Michael Sixt von der Abteilung für Molekulare Medizin am Max-Planck-Institut für Biochemie hat in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Medizinischen Hochschule Hannover und der Universität Leicester/Grossbritannien gezeigt, dass die Immunzellen diese Autonomie einer einfachen, aber äußerst effizienten Art der Fortbewegung verdanken. Anstatt fest am Untergrund anzudocken, fließen die Zellen vorwärts - und zwar durch dick und dünn. Bleiben sie wegen ihres relativ starren Zellkerns einmal stecken, dann wird dieser durch Kontraktionen eines zellulären Netzwerks durch den Engpass geschoben. (Nature, 1. Mai 2008)


Das Bild zeigt den Aufbau eines Leukozyten, der sich nach rechts oben bewegt. Vorne sieht man grün angefärbt das fließende Aktin-Zellskelett, in der Mitte den blau angefärbten Zellkern und dahinter die dicht gepackten Zellorganellen. Bild: Michael Sixt/MPI für Biochemie

Einen Tapetenwechsel hat die Natur für die Zellen unseres Organismus nicht vorgesehen. Sie dürfen nur genau vorgegebenen Pfaden folgen - für alles andere fehlt nämlich das richtige Schuhwerk. Als Grundlage der Fortbewegung galten bisher bei allen Zellen die so genannten Integrine. Als Transmembranproteine durchspannen diese die äußere Hülle der Zellen. Innen sind sie mit dem Zytoskeletts verbunden, einem äußerst flexiblen Gerüst aus Fasern, die nach Bedarf auf- und abgebaut werden. An der Außenseite aber sorgen die Integrine für Bodenhaftung. Denn an allen Oberflächen im Körper finden sich Moleküle, an die Integrine andocken können. Ein Trick ist allerdings dabei. "Es gibt 24 verschiedene Integrine", sagt Sixt. "Jedes davon kann nur an ein genau passendes Gegenstück binden. Die unterschiedlichen Zelltypen tragen aber nicht alle Integrine in der Membran, sondern immer nur eine Kombination aus ein paar Vertretern. Wenn deren molekulare Partner in der Umgebung fehlen, können die Integrine nicht andocken, und die Zelle kommt nicht vorwärts." So ist sichergestellt, dass mobile Zellen in einer genau festgelegten Umgebung bleiben und nicht auf Abwege geraten.

Ein Sonderfall sind dabei die Leukozyten, die weißen Blutkörperchen. Diese Immunzellen müssen sich frei im Körper und dreidimensional in allen Gewebetypen bewegen können. Als "Gesundheitspolizei" durchschwärmen sie nämlich unablässig den Organismus. Die Leukozyten müssen Krankheitserreger wie Bakterien und Viren, aber auch Parasiten, Toxine und selbst Tumorzellen aufspüren und unschädlich machen. Auch Leukozyten tragen Integrine in der Membran, doch können sie bis zu 100-mal schneller als andere bewegliche Zellen im Körper unterwegs sein. Dieses Tempo übersteigt die Kapazität der Integrin-vermittelten Fortbewegung bei weitem. "Es war also klar, dass die Mobilität der weißen Blutkörperchen nicht auf diesem Mechanismus alleine beruhen kann", sagt Sixt. "Wir haben deshalb im Mausmodell Leukozyten hergestellt, die keine Integrine mehr produzieren", berichtet Sixt. "Zu unserer Überraschung konnten sich die Zellen trotzdem unvermindert bewegen. Das widerspricht eigentlich der gängigen Lehrbuchmeinung, nach der Integrine als Grundlage jeder zellulären Mobilität gelten. Bei den Leukozyten scheinen sie aber höchstens eine untergeordnete Rolle zu spielen."

Weitere Untersuchungen bestätigten dann, dass die Migration von Leukozyten im Gewebe unabhängig von den Integrinen und unabhängig von der molekularen Zusammensetzung der Umgebung verläuft - also völlig autonom ist. Tatsächlich genügt den Leukozyten das Aktinnetzwerks in ihrem Inneren. Diese wichtigen Bestandteile des Zellskeletts bildet lange Fasern aus, deren Wachstum eine Art Fließen des vorderen Zellbereichs in die gewünschte Richtung bewirkt - und so die zelluläre Bewegung vorantreibt. "Nur bei Engpässen im Gewebe kann es passieren, dass der starre Zellkern die reibungslose Passage blockiert", meint Sixt. "Dann kontrahieren am Hinterende Fasern des Zytoskeletts, die den Zellkern durch die enge Stelle zwängen." Das ähnelt ein wenig einem Drahtkorb, der sich zusammenzieht. Die Fasern am Vorder- und Hinterende der Zelle arbeiten dabei getrennt. "Wenn wir diejenigen hemmen, die hinten aktiv sind, strecken sich die Zellen manchmal um das 30fache ihrer normalen Länge: Das Vorderende wandert also einfach weiter, obwohl das Hinterende wegen des Zellkerns irgendwo steckengeblieben ist", so der Zellbiologe.

Auch das ist ein Unterschied zur Integrin-vermittelten Variante der Fortbewegung. Hier docken nämlich die aktivierten Integrine am Vorderende der Zelle an ihre molekularen Gegenstücke in der Umgebung an und verhaften so die Zelle am Untergrund. Kontraktionen der Aktinfasern im Inneren ziehen diese dann nach vorne. Nach jedem "Schritt" werden die Integrine am Hinterende dann inaktiviert, weil ihre Verbindung unnötig geworden ist und ein weiteres Vorankommen verhindern würde. Die beiden Vorgänge in den verschiedenen Zellbereichen sind dabei gekoppelt und laufen koordiniert ab. Insgesamt kommt die Zelle nur in einer zähen Bewegung voran. "In gewisser Weise klebt die Zelle am Untergrund und verschmilzt dank der Integrine mit ihrer Umgebung", sagt Sixt. "Bei der Fortbewegungsart der Leukozyten dagegen geht die Zelle keine feste Verbindung mit ihrer Umwelt ein. Das Wachstum ihrer Aktinfasern nach vorne genügt, um die Zelle zu mobilisieren."

Die weißen Blutkörperchen verändern wegen der Fließbewegung ständig ihre äußere Gestalt - und ähneln damit den Amöben. Das ist kein Zufall, denn auch diese Einzeller bewegen sich auf diese Weise. Ähnlich wie die Amöben verleiht dieser Mechanismus auch den weißen Blutkörperchen völlige Autonomie. Eine interessante Frage ist nun, warum nicht alle Zellen im Körper diese Variante der Fortbewegung nutzen, die ja sehr viel einfacher ist als der Integrin-vermittelte Mechanismus. Die Voraussetzungen wären gegeben: Schließlich verfügen alle Zellen über ein Zytoskelett. "Die Leukozytenbewegung ist primitiv und dennoch ausgesprochen effizient", meint Sixt. "Die Adhäsion durch die Integrine schafft aber Ordnung. Und das ist wichtig, weil Zellen nicht ihre Gewebeidentität verlieren sollen. Sie sollen gar nicht über völlige Bewegungsfreiheit verfügen." Und das gilt natürlich in besonderem Maße für Krebszellen, die sonst streuen könnten. Tatsächlich gibt es bereits Hinweise, dass manche Tumorzellen diese Art der Fortbewegung für sich nutzen können - und das scheint sie besonders gefährlich zu machen.

Originalveröffentlichung:

Tim Lämmermann, Bernhard L. Bader, Susan J. Monkley, Tim Worbs, Roland Wedlich-Söldner, Karin Hirsch, Markus Keller, Reinhold Förster, David R. Critchley, Reinhard Fässler & Michael Sixt

Rapid leukocyte migration by integrin-independent flowing and squeezing

Dr. Bernd Wirsing | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Blutkörperchen Leukozyte Zelle Zellkern Zytoskelett

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mit Dolchstössen gegen Amöben
18.08.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

nachricht Mutter-Gen aktiv - Vater-Gen stillgelegt
18.08.2017 | CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Beschichtung lässt Muscheln abrutschen

18.08.2017 | Materialwissenschaften

Fettleber produziert Eiweiße, die andere Organe schädigen können

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

18.08.2017 | Geowissenschaften