Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Biomolekulare Krafterzeugung nach dem Prinzip einer Gasdruckfeder

06.03.2015

Die mechanische Basis der Zellkernteilung ist bisher nur bruchstückhaft verstanden. Wissenschaftler der Technischen Universität Dresden konnten nun dem Mosaik der zellbiologischen Mechanismen ein weiteres Teil hinzufügen, wie sie in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Cell am 5. März 2015 berichten.

Wenn Zellen sich teilen, wird das Erbgut in einem hoch komplexen Prozess an beide Tochterzellen weitergegeben. Eine wichtige Rolle spielen dabei kleine zylinderförmige Proteinröhrchen, die Mikrotubuli. Sie bilden das Gerüst des Spindelapparates, der dabei hilft, das Erbgut in den Chromosomen während der Zellteilung auf die beiden Tochterzellen aufzuteilen.


Die Expansion komprimierter, schwach gebundener Proteine (grün) führt zur einer Kraft, welche die gerichtete Bewegung zweier überlappender Mikrotubuli gegeneinander hervorruft.

Prof. Dr. Stefan Diez

Neben der Aufgabe, direkt an den Chromosomen anzudocken und diese auseinanderzuziehen, sind die Mikrotubuli auch für die Stabilisierung des Spindelapparates von großer Bedeutung. Dazu überlappen die Mikrotubuli in der Zellmitte und verbinden so die gegenüberliegenden Spindelpole miteinander.

In Zellen beobachtet man während der Zellteilung, dass diese überlappenden Mikrotubuli zunächst von so genannten Motorproteinen gegeneinander verschoben werden, dann jedoch abstoppen, bevor sie sich voneinander trennen. Bisher konnten die Wissenschaftler den Mechanismus nur bruchstückhaft erklären, durch den die Bewegung gebremst und die Verschiebung gestoppt wird.

Eine internationale Wissenschaftlergruppe um Professor Dr. Stefan Diez (Heisenberg-Professor am ZIK B CUBE – Center for Molecular Bioengineering der TU Dresden und Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik) hat in Kooperation mit Wissenschaftlern aus den Niederlanden (Universität Wageningen und AMOLF) nun zeigen können, dass ein aus der Physik altbekanntes Prinzip auch in der Biologie relevant ist: Schwach bindende Proteine, die sich bevorzugt zwischen überlappenden Mikrotubuli anlagern, verhalten sich wie diffundierende Gaspartikel in einem geschlossenen Behälter.

Jene Gaspartikel reagieren auf eine Volumenverkleinerung mit einem ansteigenden Druck. Nach diesem einfachen Prinzip, das man sowohl vom idealen Gasgesetz als auch von haushaltsüblichen Fahrradpumpen kennt, erzeugen auch die schwach gebundenen Proteine zwischen den überlappenden Mikrotubuli beim Auseinandergleiten einen immer größer werdenden Gegendruck. Dadurch wird die Bewegung gebremst und die Verschiebung gestoppt. Dieser biomolekulare Mechanismus entspricht dem einer Gasdruckfeder.

Die Wissenschaftler konnten diesen Mechanismus in Experiment und Theorie nachweisen. Darüber hinaus gelang es ihnen, die entstehenden Kräfte unter Verwendung einer optischen Pinzette direkt zu vermessen. Abschließend konnten sie zeigen, dass der gasähnliche Druck der schwach bindenden Proteine ausreichend ist, um die Kraft der Motorproteine zu kompensieren und das Auseinanderfallen der überlappenden Mikrotubuli zu verhindern.

Damit wurde nicht nur ein Minimalmechanismus zur Stabilisierung von überlappenden Mikrotubuli gefunden und experimentell nachgewiesen, sondern auch ein weiterer allgemeingültiger Mechanismus in das Repertoire der zellbiologischen Wirkmechanismen aufgenommen.

Die Studie wurde am 5. März 2015 im renommierten Fachjournal "Cell" online veröffentlicht und erscheint am 12. März 2015 in der gedruckten Ausgabe.

Originalpublikation:
Zdenek Lansky, Marcus Braun, Annemarie Lüdecke, Michael Schlierf, Pieter Rein ten Wolde, Marcel E Janson, Stefan Diez, Diffusible crosslinkers generate directed forces in microtubule networks, DOI:10.1016/j.cell.2015.01.051

Informationen für Journalisten:
Prof. Dr. Stefan Diez
Heisenberg-Professur für BioNanoWerkzeuge

Technische Universität Dresden
ZIK B CUBE - Center for Molecular Bioengineering
Tel.: +49 (0)351 463 43010
Fax: +49 (0) 351 463 40322
stefan.diez@tu-dresden.de
http://www.tu-dresden.de/bcube

Über das B CUBE an der TU Dresden
Das Zentrum für Innovationskompetenz (ZIK) B CUBE - Center for Molecular Bioengineering wurde 2008 im Rahmen der BMBF-Förderinitiative „Unternehmen Region“ an der Technischen Universität (TU) Dresden eingerichtet. Das Zentrum widmet sich der Erforschung und Entwicklung biologischer Materialien in den drei Hauptrichtungen BioProspektion, BioNano Werkzeuge sowie Biomimetische Materialien und trägt damit entscheidend zur Profilierung der TU Dresden im Bereich moderner Biotechnologie und Biomedizin bei.

Bildunterschrift: Der obere Teil des Bildes zeigt die schematische Darstellung der Bewegung zweier überlappender Mikrotubuli (rot und orange) zusammen mit typischen fluoreszenzmikroskopischen Aufnahmen. Der untere Teil des Bildes zeigt eine Gasdruckfeder, das makroskopische Analogon des biomolekularen Systems, in welcher das Gas durch die Wirkung einer äußeren Kraft komprimiert wird und späterhin wieder expandiert, sobald die äußere Kraft verringert wird.

Weitere Informationen:

http://www.tu-dresden.de/bcube

Kim-Astrid Magister | Technische Universität Dresden

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher sehen Biomolekülen bei der Arbeit zu
05.12.2016 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen
05.12.2016 | Goethe-Universität Frankfurt am Main

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: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Flüssiger Wasserstoff im freien Fall

05.12.2016 | Maschinenbau

Forscher sehen Biomolekülen bei der Arbeit zu

05.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungsnachrichten