Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zelluläre Müllabfuhr: Wie sich tierische Zellen vor gefährlichen Stoffen schützen

20.03.2017

In zwei aktuellen Studien haben Wissenschaftler um Ahmad Fazeli und Ann Wehman von der Universität Würzburg neue Erkenntnisse zur Abfallbeseitigung in tierischen Zellen veröffentlicht. Diese könnten helfen, die molekularen Mechanismen hinter Autoimmunkrankheiten wie Lupus zu verstehen.

Tierische Zellen entwickelten im Laufe der Evolution Strategien, um unerwünschte Fremdkörper abzubauen. Auf diese Weise beseitigen sie nicht nur eindringende Krankheitserreger, sondern auch abgestorbene Zellen und Zellfragmente. Ist die Abfallbeseitung in Zellen gestört, kann das zu Überreaktionen des Immunsystems und zur Ausbildung von Autoimmunerkrankungen wie Lupus führen.


Mikroskopaufnahme eines sich teilenden Embryos des Fadenwurms C. elegans. Die Überreste des Mittelkörpers (gelb) werden an die Umgebung abgegeben und von Nachbarzellen wieder aufgenommen und abgebaut.

Foto: Wehman

Wissenschaftler vom Rudolf-Virchow-Zentrum für Experimentelle Biomedizin der Universität Würzburg untersuchten nun ganz bestimmte Zellfragmente: die Überreste des Mittelkörpers. Der Mittelkörper ist eine Übergangsstruktur, die am Ende jeder Zellteilung entsteht und das letzte Verbindungsstück zwischen den Tochterzellen darstellt. Diese Struktur wurde erstmals 1891 von dem deutschen Anatom Walther Flemming beschrieben, weshalb sie auch unter dem Namen Flemming-Körper bekannt ist.

Nach der Zellteilung wird der Mittelkörper entweder an eine Tochterzellen vererbt oder an die Umgebung abgegeben. In jedem Fall muss er jedoch bald abgebaut werden, da der Mittelkörper sonst weitere Auswirkungen auf die Zellen haben kann. "Bekannt ist", erklärt Dr. Ahmad Fazeli, Erstautor der beiden Studien, "dass Überreste des Mittelkörpers die Polarität und das Schicksal von Zellen beeinflussen".

Krebszellen beispielsweise würden die Flemming-Körper anreichern, was zu vermehrtem Wachstum führen könne. "Offen war die Frage, wie Zellen normalerweise die Beseitigung oder den Abbau der Mittelkörpers kontrollieren", so Fazeli weiter.

Bisherige Studien seien bislang von zwei möglichen Szenarien zum Schicksal des Mittelkörper ausgegangen: entweder verbleibt er in einer der Tochterzellen und wird durch Autophagie (Abbau zelleigener Bestandteile) verdaut, oder er wird zunächst von beiden Tochterzellen an die Umgebung abgegeben und später von einer Zelle über Phagozytose (Aufnahme und Abbau von Fremdkörpern) aufgenommen und verarbeitet.

Mit ihren neuen Studien konnten die Wissenschaftler beide mögliche Szenarien in einem Modell in Einklang bringen, wie sie in den Fachzeitschriften Journal of Cell Science und Communicative & Integrative Biology berichten. Das Team um Ann Wehman untersuchte dafür die sich schnell teilenden Zellen von Embryonen des Fadenwurms Caenorhabditis elegans, dessen Proteine und Abläufe in den Zellen erstaunlich starke Ähnlichkeiten zum menschlichen System haben.

In ihren Studien analysierten sie die Rolle verschiedener Proteine, die an Autophagie oder Phagzytose beteiligt sind und stellten überraschend fest, dass beide Systeme beim Abbau des Mittelkörpers zusammenarbeiten können.

Wie die Wissenschaftler herausfanden, wird der Mittelkörper in embryonalem Gewebe des Fadenwurms von den Tochterzellen an die Umgebung abgegeben und von angrenzenden Zellen aufgenommen. Autophagie-Proteine umschließen dort den aufgenommenen Mittelkörper und unterstützen seinen Abbau. Das bedeutet, dass Proteine, die normalerweise für die Entsorgung zelleigener Bestandteile verantwortlich sind, sich auch am Abbau von Fremdkörpern beteiligen.

Mit den aktuellen Studien konnten die Wissenschaftler zeigen, dass der Mittelkörper schließlich durch LC3-assoziierte Phagozytose (LAP) abgebaut wird. Bislang galt LAP als ein Prozess, der normalerweise für den Abbau eindringender Bakterien oder die Überreste abgestorbener Zellen zuständig ist, sozusagen eine zelluläre Müllabfuhr. Neu ist jedoch seine Beteiligung am Abbau des Mittelkörpers.

"Auf den ersten Blick scheint es verwunderlich, dass Zellen einen derart komplexen Mechanismus entwickelt haben, mit dem Mittelkörper umzugehen. Da diese Übergangsstruktur aber selbst Signaleigenschaften besitzt, ist deren Regulierung von großer Bedeutung für die Zelle", erläutert Dr. Ann Wehman. Das Freisetzen des Mittelkörpers geschieht am Ende der Zellteilung.

Ein in einer Tochterzelle verbleibender Mittelkörper könnte hingegen das Signal zu einer erneuten Teilung geben, was zu Veränderungen in der Größe und Form von Zellen führt oder sogar zu deren Fragmentierung. Da auch ein aufgenommener Mittelkörper das Schicksal der Empfängerzelle beeinflussen kann, ist dessen zügiger Abbau wichtig. In seine Bestandteile zerlegt, ist der Mittelkörper nicht nur "unschädlich", sondern kann von der Zelle auch recycelt werden.

Das neue Modell zum Schicksal und Abbau des Mittelkörpers vereint Erkenntnisse bisheriger Studien in Fadenwürmern, Fliegen und Säugetier-Zellen. Daher vermuten die Forscher um Ann Wehman, dass ihre Erkenntnisse weitestgehend auch auf den Menschen übertragbar sind und helfen könnten, die Mechanismen hinter Erkrankungen wie Krebs oder der Autoimmunkrankheit Lupus besser zu verstehen. Derzeit untersucht das Team weitere Funktionen von LAP in Wurmembryonen und will so herauszufinden, wie Zellen mit Hilfe von LAP ihre Umgebung reinigen und auf diese Weise den Embryo vor Zellabfall schützen.

Publikationen:

Fazeli G, Trinkwalder M, Irmisch L, Wehman AM. (2016) C. elegans midbodies are released, phagocytosed and undergo LC3-dependent degradation independent of macroautophagy. J Cell Science. 129(20):3721-3731.
http://jcs.biologists.org/content/129/20/3721

Fazeli G and Wehman AM. (2017) Rab GTPases mature the LC3-associated midbody phagosome. Communicative & Integrative Biology, DOI 10.1080/19420889.2017.1297349
http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/19420889.2017.1297349

Website:

http://www.rudolf-virchow-zentrum.de/aktuelles/aktuelles-details/article/zellula...

Kontakt:

Dr. Ann Wehman (Arbeitsgruppenleiterin, Rudolf-Virchow-Zentrum)
Tel. 0931 31 81906, ann.wehman@uni-wuerzburg.de

Dr. Ahmad Fazeli (Postdoktorand, Rudolf-Virchow-Zentrum)
Tel. 0931 31 86130, gholamreza.fazeli@uni-wuerzburg.de

Dr. Frank Sommerlandt (Public Science Center, Rudolf-Virchow-Zentrum)
Tel. 0931 31 88449, frank.sommerlandt@uni-wuerzburg.de

Dr. Frank Sommerlandt | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.rudolf-virchow-zentrum.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Software mit Grips
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Hirnforschung, Frankfurt am Main

nachricht Einen Schritt näher an die Wirklichkeit
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie

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: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

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

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

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