Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zellen auf Wanderschaft: Falten in der Zellmembran liefern Material für nötige Auswölbungen

23.11.2017

Um sich zu fortzubewegen, bilden manche Zellen Auswölbungen in Form von Bläschen. Aber wie entstehen diese? Münstersche Wissenschaftler des Exzellenzclusters „Cells in Motion“ haben herausgefunden, dass Falten in der Zellmembran eine entscheidende Rolle spielen. Die Studie ist in „Developmental Cell“ erschienen.

Entwickelt sich ein Organismus, wandern Millionen von Zellen von Ort zu Ort, um an den richtigen Stellen Gewebe und Organe zu bilden. Um sich fortbewegen zu können, bilden manche Zellen Auswölbungen in Form von Bläschen, die in die Richtung zeigen, in die sie wandern. Wie ein Luftballon sehen diese Auswölbungen aus – anders als das Gummi eines Luftballons kann sich die äußere Schicht einer Zelle, die Zellmembran, allerdings nicht weit ausdehnen, ohne zu platzen.


Urkeimzelle eines 18 Stunden alten Zebrafisch-Embryos. Rechts: Um sich fortzubewegen, bildet die Zelle eine Auswölbung in Form einer Blase in Wanderungsrichtung aus.

Foto: M. Goudarzi et al./Dev. Cell


Li.: Die Zellmembran (grün) weist Falten auf. Mi.: Bildet sich eine Blase, falten sie sich auseinander. Re.: Bildet sich die Blase zurück, stülpen sie sich wieder ein. (rot = Aktin, grau = Zellkern)

Grafik: Dev. Cell/N. Knubel

Wie entstehen dann die Auswölbungen?

Wissenschaftler des Exzellenzclusters „Cells in Motion“ der Universität Münster haben die Wanderung von sogenannten Urkeimzellen in Zebrafisch-Embryos untersucht und herausgefunden, dass Zellen bestimmte Falten in ihrer Zellmembran nutzen, um aus ihnen Bläschen zu bilden. Diese Falten sind normalerweise ins Zellinnere gestülpt und breiten sich dann nach außen hin auseinander.

„Wir konnten zum ersten Mal zeigen, dass diese Strukturen bei der Bläschenbildung die entscheidende Rolle spielen“, sagt Zellbiologe Prof. Dr. Erez Raz, Gruppenleiter am Exzellenzcluster „Cells in Motion“. Dieses Wissen kann auch bei der Erforschung anderer Zellarten, zum Beispiel bestimmter Krebszellen, die sich ähnlich fortbewegen, hilfreich sein. Die Studie ist aktuell in der Fachzeitschrift „Developmental Cell“ erschienen.

Die Geschichte im Detail:

Verschiedene Zelltypen bewegen sich auf unterschiedliche Arten fort. Manche Zellen bilden Auswölbungen in Form von Blasen in Wanderungsrichtung aus, mit denen sie vorwärtskommen. Diese Blasen entstehen, wenn Druck im Inneren der Zelle die Zellmembran nach außen schiebt. In ihrer Studie untersuchten die Wissenschaftler diese Zellverformung bei Urkeimzellen in sich entwickelnden Zebrafisch-Embryos.

Urkeimzellen wandern im Embryo vom Ort ihrer Entstehung zu den Geschlechtsorganen, wo sie dann zu Spermien und Eizellen werden. Innerhalb weniger Sekunden können sich Urkeimzellen umformen und Bläschen bilden. „Wir wollten herausfinden, wie sich die Zellen derart schnell verformen können und woher das benötigte ,Material‘ kommt, mit dem sie ihre Auswölbungen bilden“, sagt Zellbiologe Mohammad Goudarzi, Erstautor der Studie.

Die Wissenschaftler nahmen die Zellmembran ins Visier und identifizierten Falten, die ins Zellinnere gestülpt sind. Zum ersten Mal erforschten sie im lebenden Organismus, welche Rolle diese Falten spielen und wie sie sich dynamisch verhalten. Zunächst markierten die Wissenschaftler die Zellmembran mit einem fluoreszierenden Farbstoff, um sie unter dem Mikroskop zu beobachten. Das Ergebnis: Bevor die Zelle eine Blase bildete, waren in der Membran deutlich Falten zu erkennen. Hatte sich jedoch eine Blase gebildet, waren gleichzeitig keine Falten mehr zu sehen – was die Forscher vermuten ließ, dass die Falten an der Bläschenbildung beteiligt sind und sich auseinanderbreiten können.

Um die Dynamik dahinter zu untersuchen, markierten die Wissenschaftler die Membranfalten zusätzlich mit bestimmten Proteinen, welche bevorzugt an gekrümmte Membranen binden. Die Forscher beobachteten, dass diese Marker-Proteine sich an der Stelle der Zelle anreicherten, die in Wanderungsrichtung ausgerichtet ist. Dort bildeten sich wenig später auch die Blasen.

Darüber hinaus entdeckten die Wissenschaftler, dass ein Bestandteil des Zellskeletts, das Protein Aktin, ebenfalls an den Stellen auftrat, wo sich Falten entwickelten. Dieses Protein ist unter anderem dafür verantwortlich, dass die Zelle ihre Struktur situationsabhängig anpassen kann. Wie viel Aktin wann und wo vorkommt, reguliert dabei das Protein Cdc42. Um die Rolle dieses Proteins auch in Zusammenhang mit dem Verhalten der Falten in der Zellmembran zu untersuchen, hemmten die Forscher Cdc42.

Mithilfe eines Konfokalmikroskops konnten sie im lebenden Organismus beobachten: War weniger Cdc42 vorhanden, bildeten sich auch weniger Falten. Das führte dazu, dass sich weniger Blasen bildeten, die Beweglichkeit der Zellen eingeschränkt wurde und sie dadurch nicht mehr ihr Ziel erreichten. „So konnten wir zeigen, dass die Bildung von Falten in der Zellmembran durch Cdc42 reguliert wird und dass eine Zelle diese Falten benötigt, um Blasen zu bilden und sich fortbewegen zu können“, sagt Mohammad Goudarzi.

„Unsere neuen Erkenntnisse darüber, wie sich Zellen fortbewegen, können von generellem Interesse sein – sowohl im Kontext von physiologischen Prozessen als auch bei Krankheiten“, sagt Erez Raz. Denn nicht nur Urkeimzellen, sondern auch andere Zelltypen bilden Blasen, wenn sie wandern – so zum Beispiel bestimmte Krebszellen, wenn sie in gesundes Gewebe eindringen. Auch bei der Zellteilung oder wenn Zellen absterben, kommt es an der Zelloberfläche zu Auswölbungen. Zukünftig könnten die neu gewonnenen Erkenntnisse auch in anderen Zellen und Organismen überprüft werden, um sie möglicherweise für spätere medizinische Anwendungen relevant zu machen.

Die Studie erhielt finanzielle Unterstützung durch den Exzellenzcluster „Cells in Motion“ der Universität Münster, das Interdisziplinäre Zentrum für Klinische Forschung (IZKF) der Universität Münster, die Deutsche Forschungsgemeinschaft und den Europäischen Forschungsrat.

Autorin:

Svenja Ronge
Pressereferentin/Forschungsredakteurin im Exzellenzcluster "Cells in Motion"
Tel.: +49 251 83-49310
svenja.ronge@uni-muenster.de

Originalpublikation:

Goudarzi M, Tarbashevich K, Mildner K, Begemann I, Garcia J, Paksa A, M Reichman-Fried M, Mahabaleshwar H, Blaser H, Hartwig J, Zeuschner D, Galic M, Bagnat M, Betz T, Raz E. Bleb expansion in migrating cells depends on supply of membrane from cell surface invaginations. Dev Cell 2017, DOI 10.1016/j.devcel.2017.10.030

Weitere Informationen:

https://www.uni-muenster.de/Cells-in-Motion/de/people/all/raz-e.php Prof. Erez Raz/Exzellenzcluster „Cells in Motion“
http://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(17)30874-2 Abstract der Originalpublikation

Svenja Ronge | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Berichte zu: Blasen Cells Urkeimzellen Wanderschaft Zellbiologe Zelle Zellmembran protein

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Von Hefe für Demenzerkrankungen lernen
22.02.2018 | Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

nachricht Rettender Ritter in goldener Rüstung
22.02.2018 | Exzellenzcluster Entzündungsforschung

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: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Im Focus: Developing reliable quantum computers

International research team makes important step on the path to solving certification problems

Quantum computers may one day solve algorithmic problems which even the biggest supercomputers today can’t manage. But how do you test a quantum computer to...

Im Focus: Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon

Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen ist eines der zentralen Zukunftsthemen unserer Gesellschaft. Besonders in der Luftfahrtindustrie und in anderen Transportbereichen sind Leichtbaustrukturen gefragt. Sie ermöglichen Energieeinsparungen und reduzieren den Ressourcenverbrauch bei Treibstoffen und Material. Zum Einsatz kommen dabei Verbundmaterialien in der so genannten Sandwich-Bauweise. Diese bestehen aus zwei dünnen, steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischen liegenden dicken, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, dem Sandwich-Kern.

Aramidpapier ist ein etabliertes Material für solche Sandwichkerne. Sein mechanisches Strukturversagen ist jedoch noch unzureichend erforscht: Bislang fehlten...

Im Focus: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

Tag der Seltenen Erkrankungen – Deutsche Leberstiftung informiert über seltene Lebererkrankungen

21.02.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Von Hefe für Demenzerkrankungen lernen

22.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Sektorenkopplung: Die Energiesysteme wachsen zusammen

22.02.2018 | Seminare Workshops

Die Entschlüsselung der Struktur des Huntingtin Proteins

22.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics