Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Checkpoint Charlie in der Zelle - wie ein molekularer "Agent" die Verteilung der Chromosomen kontrolliert

13.03.2009
Sie spielt sich im Verborgenen ab und ist im Menschen wie im Wurm einer der wichtigsten Prozesse: Durch die Zellteilung entwickelt sich aus einer einzigen befruchteten Eizelle ein komplexer Organismus, wachsen neue Haare nach oder heilen Wunden.

Wissenschaftler am Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie (Wien) und am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie (Göttingen) haben jetzt entdeckt, wie die Verteilung der Erbinformation zeitlich exakt koordiniert wird. (Science, 13. März 2009)


Menschliche Zellen in verschiedenen Stadien der Zellteilung unter dem Mikroskop sichtbar gemacht. Die Chromosomen sind blau, der Spindelapparat grün eingefärbt. IMP, Wien


Die Trennung der Chromosomen initiiert eine molekulare Nanomaschine, der sogenannte \\\"Anaphase einleitende Komplex\\\" (kurz \\\"APC/C\\\"). Wird der Spindel-Checkpoint aktiviert, lagert sich an APC/C ein zweiter kleiner Proteinkomplex an - quasi ein molekularer \\\"Agent\\\" (rot) - und unterbindet die Wechselwirkung des Komplexes mit anderen Partnern in der Zelle. Als Folge können die Chromosomen nicht mehr getrennt werden. Im Hintergrund: Zellen während der Zellteilung.
Peters, IMP & Stark, MPIbpc

Rund zwei Meter wäre das Erbgut einer menschlichen Zelle lang, würde man die Desoxyribonukleinsäure (DNA)-Moleküle aller 46 Chromosomen aneinanderreihen. Wenn sich die Zelle teilt, muss auch das gesamte Erbgut korrekt auf die Tochterzellen verteilt werden - ein wahres Kunststück für die Zelle. In gesunden Zellen des menschlichen Körpers funktioniert dieser Vorgang täglich viele tausend Male völlig fehlerfrei. In Tumorzellen passieren dagegen häufig Fehler.

Vor jeder Teilung werden die Chromosomen zunächst verdoppelt und es entstehen zwei identische DNA-Moleküle. Diese werden mit zahlreichen molekularen "Zugseilen" - dem sogenannten Spindelapparat - mit den weit entfernten Polen der Zelle verbunden und exakt nebeneinander ausgerichtet. Erst dann dürfen die Chromosomen durch die Zugfasern an die entgegengesetzten Zell-Pole gezogen werden. Werden Chromosomen zu früh getrennt und ungleich auf die Tochterzellen verteilt, drohen Krebs, Trisomie und verfrühte Alterungsprozesse.

"Stopp" und "go" in der Zellteilung

Die eigentliche Trennung der Chromosomen initiiert eine molekulare Nanomaschine: der sogenannte "Anaphase einleitende Komplex" oder "Zyklosom (kurz "APC/C"). Dazu beseitigt der Komplex all diejenigen Proteine, die den Fortlauf der Zellteilung blockieren. Mit einer Art Aufkleber werden die Hemm-Proteine zu zellulärem "Müll" deklariert und im "Müllschredder" der Zelle in ihre Bausteine zerlegt. Dieser Komplex darf allerdings erst dann aktiv werden, wenn alle 46 Chromosomen in symmetrischer Weise mit beiden Polen der Zelle verbunden sind. Ist auch nur ein einziges dieser 46 Chromosomen falsch oder gar nicht mit dem Spindelapparat verbunden, wird ein Mechanismus aktiviert, der auch als Spindel-"Checkpoint" bezeichnet wird - in Anlehnung an die militärischen Checkpoints des kalten Krieges. Dieser Spindel-Checkpoint blockiert APC/C und stoppt dadurch die Trennung der Chromosomen so lange, bis sie alle korrekt mit dem Spindelapparat verbunden sind. Doch wie steuert der Spindel-Checkpoint die Chromosomen-Trennung und schaltet um von "stopp" auf "go"?

Wissenschaftler um Jan-Michael Peters am Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie (Wien) und Holger Stark vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie (Göttingen) wissen jetzt eine Antwort auf diese Frage. Durch elektronenmikroskopische Untersuchungen konnten Peters und Stark erstmals sichtbar machen, wie sich APC/C verändert, wenn dieser Komplex durch den Spindel-Checkpoint gehemmt wird. Ihre Ergebnisse werden in der aktuellen Ausgabe von Science veröffentlicht.

Molekularer "Agent" blockiert Chromosomen-Verteilung

"Wir haben entdeckt, dass sich ein zweiter kleiner Proteinkomplex an APC/C anlagert, wenn der Spindel-Checkpoint aktiviert wird - quasi ein molekularer "Agent", der sich bei APC/C einschleicht", erklärt Strukturbiologe Stark. Dieser kleine Komplex stellt den größeren APC/C-Komplex "kalt", indem er eine Bindungsstelle blockiert, mit der APC/C normalerweise die Hemm-Proteine einfängt, als Zell-"Müll" markiert und dadurch nachfolgend die Trennung der Schwesterchromatiden auslöst. Ist der Proteinkomplex an APC/C gebunden, kann dieser seine Substrate nicht erkennen; als Folge trennen sich die Chromosomen nicht mehr. "Diese Ergebnisse sind ein Meilenstein auf unserem Weg zum Verständnis der menschlichen Zellteilung", sagt Peters. "Vielleicht kann uns dieses Wissen in der Zukunft auch helfen zu verstehen, warum Krebszellen sich so anders verhalten als normale Zellen".

Originalveröffentlichung:
Franz Herzog, Ivana Primorac, Prakash Dube, Peter Lenart, Björn Sander, Karl Mechtler, Holger Stark und Jan-Michael Peters. Structure of the anaphase-promoting complex/cyclosome interacting with a mitotic checkpoint complex. Science 323:1477-1481 (2009) [DOI: 10.1126/science.1163300].
Kontakt:
Prof. Dr. Jan-Michael Peters
Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie, Wien
Email: peters@imp.ac.at
Prof. Dr. Holger Stark, Arbeitsgruppe 3D Kryo-Elektronenmikroskopie
Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, Göttingen
Tel: +49 551 201-1304
Email: hstark1@gwdg.de
Dr. Heidemarie Hurtl, Communications
Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie, Wien
Tel: +43 1 79730 -3625
Email: hurtl@imp.ac.at
Dr. Carmen Rotte, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, Göttingen
Tel: +49 551 201 -1304
Email: crotte@gwdg.de

Dr. Carmen Rotte | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.imp.ac.at/research/jan-michael-peters/
http://www.mpibpc.mpg.de/groups/stark/
http://www.mpibpc.mpg.de/groups/pr/PR/2009/09_07/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Up-Scaling: Katalysatorentwicklung im Industriemaßstab
22.11.2017 | Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

nachricht Ozeanversauerung schädigt Miesmuscheln im Frühstadium
22.11.2017 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

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: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

IfBB bei 12th European Bioplastics Conference mit dabei: neue Marktzahlen, neue Forschungsthemen

22.11.2017 | Veranstaltungen

Zahnimplantate: Forschungsergebnisse und ihre Konsequenzen – 31. Kongress der DGI

22.11.2017 | Veranstaltungen

Tagung widmet sich dem Thema Autonomes Fahren

21.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Bakterien als Schrittmacher des Darms

22.11.2017 | Biowissenschaften Chemie

Ozeanversauerung schädigt Miesmuscheln im Frühstadium

22.11.2017 | Biowissenschaften Chemie

Die gefrorenen Küsten der Arktis: Ein Lebensraum schmilzt davon

22.11.2017 | Geowissenschaften