Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ticket für die Reise durch die Zelle

24.07.2009
Forscher entdecken Mechanismus für wesentliche Erkennungsvorgänge in lebenden Zellen

Eine lebende Zelle ist von einem dichten Geflecht von Polymerfasern durchzogen, die unter anderem dafür zuständig sind, verschiedene Zellbestandteile an ihre Bestimmungsorte in der Zelle zu ziehen: sie trennen bei der Zellteilung die für die beiden neuen Zellen gedachten Chromosomen voneinander, oder transportieren Zellorganellen und Bläschen mit Substanzen an ihren Bestimmungsort.

Ein Forschungsteam um Michel Steinmetz (Paul Scherrer Institut, Villigen, Schweiz) und Anna Akhmanova (Erasmus Medical Center, Rotterdam, Niederlande) hat nun einen Mechanismus aufgeklärt, der dazu beiträgt, dass die Enden der Polymerfasern Chromosomen, Zellorganellen und andere Zellbestandteile spezifisch erkennen und sich mit ihnen verbinden können.

Zuständig dafür sind spezielle Proteine, die wie Greifer wirken - sie docken mit dem einen Ende an der Faser an, mit dem anderen halten sie das spezifisch erkannte Zellbestandteil. Dabei sind die verschiedenen Greiferproteine sehr unterschiedlich und kompliziert aufgebaut - und haben doch alle gemeinsam, dass sie sich mit dem Faser-Ende verbinden können. Die Forscher konnten nun zeigen, dass es einen sehr kleinen Abschnitt gibt, der all diesen Proteinen gemeinsam ist und ihnen erlaubt sich an das Faser-Ende einzuhaken.

Dieser Abschnitt funktioniert wie eine Fahrkarte - wer ihn hat, kann auf dem Faser-Ende mitfahren. Da solche Erkennungsprozesse an fast allen Vorgängen in der Zelle beteiligt sind, kann ihr detailliertes Verständnis helfen, neue Krebsmedikamente zu entwickeln, die in Krebszellen genau in diese Vorgänge eingreifen und so das Zellwachstum hemmen würden. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher in der neuesten Ausgabe der Fachzeitschrift Cell.

Bewegliches Zellskelett

Drei Arten von Polymerfasern durchziehen die lebende Zelle und bilden gemeinsam das Zellskelett, zu dessen Aufgaben es gehört, die Zelle zu stabilisieren und in Form zu halten. Sie bilden aber kein steifes Gerüst, sondern reagieren flexibel auf äussere Einflüsse und sind aktiv an zahlreichen lebenswichtigen Vorgängen in der Zelle beteiligt. Eine Art von Polymerfasern sind die Mikrotubuli - Röhrchen mit einem Durchmesser von ca. 25 Nanometern.

Diese Mikrotubuliröhrchen können wachsen, indem sie "Bausteine" aus der Zellflüssigkeit aufnehmen und an ihrem Ende anbauen oder schrumpfen, indem sie sich am Ende auftrennen und ihre "Bausteine" an die Umgebung abgeben. So kann das Ende eines solchen Mikrotubulus in Bewegung bleiben und am Aufbau des Zellskelettes teilhaben. Dabei sind auch stets Proteine beteiligt, die sehr unterschiedlich aufgebaut sein können und doch eine ganz spezifische Eigenschaft gemeinsam haben: sie können an die wachsenden Enden der Mikrotubuli binden.

Vier Aminosäuren

Ein besonders Mitglied dieser Klasse ist das Protein EB1, das als einziges direkt an die Enden der Mikrotubuli andocken kann. Alle anderen Proteine können sich lediglich mit dem EB1 verbinden. Dabei war lange unklar, wie EB1 und die anderen Proteine zueinanderfinden. Diese Frage beantworten jetzt die Ergebnisse der Forscher von Paul Scherrer Institut und Erasmus Medical Center. Sie konnten zeigen, dass allen diesen Proteinen eine bestimmte Abfolge - Sequenz - von vier Aminosäuren gemeinsam ist. Diese Sequenz hat dabei eine typische Form, die exakt in einen Freiraum in der Struktur des EB1 passt. So können die Proteine unabhängig von ihrer übrigen Form exakt an das EB1 und somit indirekt an die Enden der Mikrotubuli andocken. In der üblichen Nomenklatur wird diese Sequenz mit SxIP abgekürzt, wobei S für die Aminosäure Serin, I für Isoleucin und P für Prolin steht; x steht für eine beliebige andere Aminosäure.

Neue Medikamente möglich

"Dadurch dass Mikrotubuli an fast allen Vorgängen in der Zelle beteiligt sind - bis hin zur Trennung der Chromosomen während der Zellteilung - sind sie auch ein zentraler Angriffspunkt für Medikamente, die das Wachstum von Krebszellen aufhalten. Unsere Ergebnisse können somit helfen, neue Medikamente zu entwickeln, die gezielt in die von Mikrotubuli bestimmten zelluläre Prozesse eingreifen." erklärt Michel Steinmetz, Leiter der Arbeitsgruppe Proteinwechselwirkungen am Paul Scherrer Institut und Initiator des Projekts eine mögliche Anwendung seiner Resultate.

Die Forschungs-Ergebnisse wurden erst durch eine Kombination von Methoden möglich - so wurde die dreidimensionale Struktur der beteiligten Proteine untersucht und deren Aminosäuresequenzen nach gemeinsamen Abschnitten abgesucht. Schliesslich konnte deutlich gezeigt werden, dass die Proteine nicht mehr über EB1 an die Mikrotubuli-Enden binden können sobald die SxIP-Sequenz beschädigt ist. Am Paul Scherrer Institut ist das Gesamtkonzept des Forschungsprojekts entwickelt und sind die strukturellen Untersuchungen mittels Röntgenkristallographie an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS des Paul Scherrer Instituts durchgeführt worden.

Neben Forschern des Paul Scherrer Instituts und des Erasmus Medical Centers waren noch Wissenschaftler des Instituts für Molekulare Biologie der ETH Zürich und des Biochemischen Instituts der Universität Zürich an der Arbeit beteiligt.

Das Paul Scherrer Institut entwickelt, baut und betreibt grosse und komplexe Forschungsanlagen und stellt sie der nationalen und internationalen Forschungsgemeinde zur Verfügung. Eigene Forschungsschwerpunkte sind Festkörperforschung und Materialwissenschaften, Elementarteilchenphysik, Biologie und Medizin, Energie- und Umweltforschung. Mit 1300 Mitarbeitenden und einem Jahresbudget von rund 260 Mio. CHF ist es das grösste Forschungsinstitut der Schweiz.

Das Erasmus MC (University Medical Center Rotterdam) gehört zu den führenden Forschungszentren der Niederlande. Die Forschungsthemen reichen von biomedizinischer Grundlagenforschung, patientenbezogener Forschung und Epidemiologie bis zu den Gesundheitswissenschaften, Gesundheitspolitik und Management im Gesundheitswesen. Als grösstes universitätsmedizinisches Zentrum der Niederlande - mit 1800 Medizinstudierenden, 1500 Hochschullehrern und 10 000 Angestellten - bietet Erasmus MC medizinische Versorgung für 3 Millionen Menschen im Südwesten der Niederlande.

Weitere Informationen:

Dr. Michel Steinmetz, Paul Scherrer Institut, Forschungsgruppe Proteinwechselwirkungen, Tel: +41 (0)56 310 4754, E-Mail: michel.steinmetz@psi.ch

Dr. Anna Akhmanova, Department of Cell Biology, Erasmus Medical Center, Rotterdam, Niederlande, Tel.: +31-10-7038134/7044249, E-Mail: a.akhmanova@erasmusmc.nl

Originalveröffentlichung:

An EB1-Binding Motif Acts as a Microtubule Tip Localization Signal

Srinivas Honnappa, Susana Montenegro Gouveia, Anke Weisbrich, Fred F. Damberger, Neel S. Bhavesh, Hatim Jawhari, Ilya Grigoriev, Frederik J.A. van Rijssel, Ruben M. Buey, Aleksandra Lawera, Ilian Jelesarov, Fritz K. Winkler, Kurt Wüthrich, Anna Akhmanova, and Michel O. Steinmetz

DOI 10.1016/j.cell.2009.04.065; Cell 138, 366-376, July 24, 2009

Dagmar Baroke | idw
Weitere Informationen:
http://www.psi.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wegbereiter für Vitamin A in Reis
21.07.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Pharmakologie - Im Strom der Bläschen
21.07.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

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: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungen

Den Nachhaltigkeitskreis schließen: Lebensmittelschutz durch biobasierte Materialien

21.07.2017 | Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einblicke unter die Oberfläche des Mars

21.07.2017 | Geowissenschaften

Wegbereiter für Vitamin A in Reis

21.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten