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Wissenschaftler aus Göttingen und Israel entdecken neue Eigenschaft von Motorproteinen

30.11.2011
Eine Nanomaschine mit Rückwärtsgang

Bestimmte Enzyme, die bei der Zellteilung für den Transport von Chromosomen zuständig sind, können sowohl ihre Geschwindigkeit als auch ihre Laufrichtung ändern. Das haben Wissenschaftler des DFG-Forschungszentrums und Exzellenzclusters „Molekularphysiologie des Gehirns“ an der Universität Göttingen sowie der Ben-Gurion-Universität des Negev in Israel herausgefunden.


Mikroskopaufnahme von Bierhefezellen während der Zellteilung. Foto: Universität Göttingen


Aufeinanderfolgende Ausschnitte aus einem Mikroskopvideo, das die Bewegung eines einzelnen Motorproteins (grün) auf einem sogenannten Mikrotubulus (rot) in Richtung dessen Minusende (gelb) zeigt. Der zweite grüne Punkt ist ein "festgefahrenes" Motorprotein (auf dem Parkstreifen). Foto: Universität Göttingen

Die Forscher widerlegten damit die bisherige Annahme, dass jedes dieser sogenannten Motorproteine auf eine bestimmte Laufrichtung vorprogrammiert sei. Die neuen Erkenntnisse lassen die Nanometer-großen „Bio“-Maschinen weit leistungsfähiger und vielseitiger erscheinen als bislang vermutet. Die Forschungsergebnisse erscheinen am Mittwoch, 14. Dezember 2011, in der Fachzeitschrift The EMBO Journal und wurden schon jetzt online veröffentlicht.

Die Zellteilung ist ein zentraler Vorgang bei der Entwicklung von Organismen. Während der „normalen“ Zellteilung werden die zuvor verdoppelten Chromosomen der Mutterzelle auf die Tochterzellen verteilt. Dieser genau regulierte Prozess wird angetrieben durch spezialisierte Enzyme. Bisher glaubte man, dass diese Motorproteine fest programmiert sind und sich auf molekularen Schienen nur in eine bestimmte Laufrichtung bewegen können – wobei ein Typ von Motor eine Bewegung in Richtung der Zellränder erzeugt, ein anderer in Richtung Zellmitte. In Bierhefezellen konnten die Wissenschaftler nun nachweisen, dass ein und derselbe Zellteilungsmotor sowohl in die eine als auch in die andere Richtung laufen kann, in Richtung der Zellränder sogar bis zu zehn Mal schneller als andere bekannte Mitglieder dieser Enzym-Familie. Die Forscher in Göttingen und Israel nutzten bei ihrer Arbeit hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie, mit der sie einzelne Moleküle sowohl in den Hefezellen als auch in einer künstlichen Umgebung beobachten konnten.

„Ein detailliertes Verständnis biologischer Motoren während der Zellteilung ist wichtig sowohl für die elementare Zellbiologie als auch für die Krebsforschung und für die biologisch inspirierte Nanotechnologie“, erläutert Prof. Dr. Christoph Schmidt vom III. Physikalischen Institut der Universität Göttingen. „Ein besonders interessanter Aspekt unserer Ergebnisse ist die Tatsache, dass die bi-polaren Motoren genau in dem Moment in den langsamen Vorwärtsgang schalten, in dem sie helfen, die Chromosomen auseinanderzuschieben.“

Originalveröffentlichung: Gerson-Gurwitz et al. Directionality of individual kinesin-5 Cin8 motors is modulated by loop 8, ionic strength and microtubule geometry. The EMBO Journal 2011. Doi: 10.1038/emboj.2011.403.

Hinweis an die Redaktionen:
Fotos zum Thema haben wir im Internet unter
http://www.uni-goettingen.de/de/3240.html?cid=4062
zum Download bereitgestellt.
Kontaktadresse:
Prof. Dr. Christoph Schmidt
Georg-August-Universität Göttingen
Fakultät für Physik – III. Physikalisches Institut (Biophysik)
Friedrich-Hund-Platz 1, 37077 Göttingen, Telefon (0551) 39-7740 oder -7714
E-Mail: cfs@physik3.gwdg.de

Beate Hentschel | idw
Weitere Informationen:
http://www.dpi.physik.uni-goettingen.de
http://www.uni-goettingen.de/de/3240.html?cid=4062

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