Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Grenzenlos im Einsatz

02.05.2008
Neue und effektive Art der Fortbewegung bei weißen Blutkörperchen gefunden, die möglicherweise auch Krebszellen für sich nutzen

Die Fortbewegung von Zellen im Organismus ist streng reguliert und auf jeweils spezifische Gewebe beschränkt. Nur Leukozyten, die weißen Blutkörperchen, können auf der Suche nach Krankheitserregern und anderen Eindringlingen frei im Körper patrouillieren. Ein Forscherteam um Michael Sixt von der Abteilung für Molekulare Medizin am Max-Planck-Institut für Biochemie hat in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Medizinischen Hochschule Hannover und der Universität Leicester/Grossbritannien gezeigt, dass die Immunzellen diese Autonomie einer einfachen, aber äußerst effizienten Art der Fortbewegung verdanken. Anstatt fest am Untergrund anzudocken, fließen die Zellen vorwärts - und zwar durch dick und dünn. Bleiben sie wegen ihres relativ starren Zellkerns einmal stecken, dann wird dieser durch Kontraktionen eines zellulären Netzwerks durch den Engpass geschoben. (Nature, 1. Mai 2008)


Das Bild zeigt den Aufbau eines Leukozyten, der sich nach rechts oben bewegt. Vorne sieht man grün angefärbt das fließende Aktin-Zellskelett, in der Mitte den blau angefärbten Zellkern und dahinter die dicht gepackten Zellorganellen. Bild: Michael Sixt/MPI für Biochemie

Einen Tapetenwechsel hat die Natur für die Zellen unseres Organismus nicht vorgesehen. Sie dürfen nur genau vorgegebenen Pfaden folgen - für alles andere fehlt nämlich das richtige Schuhwerk. Als Grundlage der Fortbewegung galten bisher bei allen Zellen die so genannten Integrine. Als Transmembranproteine durchspannen diese die äußere Hülle der Zellen. Innen sind sie mit dem Zytoskeletts verbunden, einem äußerst flexiblen Gerüst aus Fasern, die nach Bedarf auf- und abgebaut werden. An der Außenseite aber sorgen die Integrine für Bodenhaftung. Denn an allen Oberflächen im Körper finden sich Moleküle, an die Integrine andocken können. Ein Trick ist allerdings dabei. "Es gibt 24 verschiedene Integrine", sagt Sixt. "Jedes davon kann nur an ein genau passendes Gegenstück binden. Die unterschiedlichen Zelltypen tragen aber nicht alle Integrine in der Membran, sondern immer nur eine Kombination aus ein paar Vertretern. Wenn deren molekulare Partner in der Umgebung fehlen, können die Integrine nicht andocken, und die Zelle kommt nicht vorwärts." So ist sichergestellt, dass mobile Zellen in einer genau festgelegten Umgebung bleiben und nicht auf Abwege geraten.

Ein Sonderfall sind dabei die Leukozyten, die weißen Blutkörperchen. Diese Immunzellen müssen sich frei im Körper und dreidimensional in allen Gewebetypen bewegen können. Als "Gesundheitspolizei" durchschwärmen sie nämlich unablässig den Organismus. Die Leukozyten müssen Krankheitserreger wie Bakterien und Viren, aber auch Parasiten, Toxine und selbst Tumorzellen aufspüren und unschädlich machen. Auch Leukozyten tragen Integrine in der Membran, doch können sie bis zu 100-mal schneller als andere bewegliche Zellen im Körper unterwegs sein. Dieses Tempo übersteigt die Kapazität der Integrin-vermittelten Fortbewegung bei weitem. "Es war also klar, dass die Mobilität der weißen Blutkörperchen nicht auf diesem Mechanismus alleine beruhen kann", sagt Sixt. "Wir haben deshalb im Mausmodell Leukozyten hergestellt, die keine Integrine mehr produzieren", berichtet Sixt. "Zu unserer Überraschung konnten sich die Zellen trotzdem unvermindert bewegen. Das widerspricht eigentlich der gängigen Lehrbuchmeinung, nach der Integrine als Grundlage jeder zellulären Mobilität gelten. Bei den Leukozyten scheinen sie aber höchstens eine untergeordnete Rolle zu spielen."

Weitere Untersuchungen bestätigten dann, dass die Migration von Leukozyten im Gewebe unabhängig von den Integrinen und unabhängig von der molekularen Zusammensetzung der Umgebung verläuft - also völlig autonom ist. Tatsächlich genügt den Leukozyten das Aktinnetzwerks in ihrem Inneren. Diese wichtigen Bestandteile des Zellskeletts bildet lange Fasern aus, deren Wachstum eine Art Fließen des vorderen Zellbereichs in die gewünschte Richtung bewirkt - und so die zelluläre Bewegung vorantreibt. "Nur bei Engpässen im Gewebe kann es passieren, dass der starre Zellkern die reibungslose Passage blockiert", meint Sixt. "Dann kontrahieren am Hinterende Fasern des Zytoskeletts, die den Zellkern durch die enge Stelle zwängen." Das ähnelt ein wenig einem Drahtkorb, der sich zusammenzieht. Die Fasern am Vorder- und Hinterende der Zelle arbeiten dabei getrennt. "Wenn wir diejenigen hemmen, die hinten aktiv sind, strecken sich die Zellen manchmal um das 30fache ihrer normalen Länge: Das Vorderende wandert also einfach weiter, obwohl das Hinterende wegen des Zellkerns irgendwo steckengeblieben ist", so der Zellbiologe.

Auch das ist ein Unterschied zur Integrin-vermittelten Variante der Fortbewegung. Hier docken nämlich die aktivierten Integrine am Vorderende der Zelle an ihre molekularen Gegenstücke in der Umgebung an und verhaften so die Zelle am Untergrund. Kontraktionen der Aktinfasern im Inneren ziehen diese dann nach vorne. Nach jedem "Schritt" werden die Integrine am Hinterende dann inaktiviert, weil ihre Verbindung unnötig geworden ist und ein weiteres Vorankommen verhindern würde. Die beiden Vorgänge in den verschiedenen Zellbereichen sind dabei gekoppelt und laufen koordiniert ab. Insgesamt kommt die Zelle nur in einer zähen Bewegung voran. "In gewisser Weise klebt die Zelle am Untergrund und verschmilzt dank der Integrine mit ihrer Umgebung", sagt Sixt. "Bei der Fortbewegungsart der Leukozyten dagegen geht die Zelle keine feste Verbindung mit ihrer Umwelt ein. Das Wachstum ihrer Aktinfasern nach vorne genügt, um die Zelle zu mobilisieren."

Die weißen Blutkörperchen verändern wegen der Fließbewegung ständig ihre äußere Gestalt - und ähneln damit den Amöben. Das ist kein Zufall, denn auch diese Einzeller bewegen sich auf diese Weise. Ähnlich wie die Amöben verleiht dieser Mechanismus auch den weißen Blutkörperchen völlige Autonomie. Eine interessante Frage ist nun, warum nicht alle Zellen im Körper diese Variante der Fortbewegung nutzen, die ja sehr viel einfacher ist als der Integrin-vermittelte Mechanismus. Die Voraussetzungen wären gegeben: Schließlich verfügen alle Zellen über ein Zytoskelett. "Die Leukozytenbewegung ist primitiv und dennoch ausgesprochen effizient", meint Sixt. "Die Adhäsion durch die Integrine schafft aber Ordnung. Und das ist wichtig, weil Zellen nicht ihre Gewebeidentität verlieren sollen. Sie sollen gar nicht über völlige Bewegungsfreiheit verfügen." Und das gilt natürlich in besonderem Maße für Krebszellen, die sonst streuen könnten. Tatsächlich gibt es bereits Hinweise, dass manche Tumorzellen diese Art der Fortbewegung für sich nutzen können - und das scheint sie besonders gefährlich zu machen.

Originalveröffentlichung:

Tim Lämmermann, Bernhard L. Bader, Susan J. Monkley, Tim Worbs, Roland Wedlich-Söldner, Karin Hirsch, Markus Keller, Reinhold Förster, David R. Critchley, Reinhard Fässler & Michael Sixt

Rapid leukocyte migration by integrin-independent flowing and squeezing

Dr. Bernd Wirsing | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Blutkörperchen Leukozyte Zelle Zellkern Zytoskelett

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Betazellfunktion im Tiermodell wiederhergestellt: Neue Wirkstoffkombination könnte Diabetes-Remission ermöglichen
21.02.2020 | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

nachricht Darmkrebs: Erhöhte Lebenserwartung dank individueller Therapien
20.02.2020 | Christian-Albrechts-Universität zu 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: Ultraschnelles Schalten eines optischen Bits: Gewinn für die Informationsverarbeitung

Wissenschaftler der Universität Paderborn und der TU Dortmund veröffentlichen Ergebnisse in Nature Communications

Computer speichern Informationen in Form eines Binärcodes, einer Reihe aus Einsen und Nullen – sogenannten Bits. In der Praxis werden dafür komplexe...

Im Focus: Fraunhofer IOSB-AST und DRK Wasserrettungsdienst entwickeln den weltweit ersten Wasserrettungsroboter

Künstliche Intelligenz und autonome Mobilität sollen dem Strukturwandel in Thüringen und Sachsen-Anhalt neue Impulse verleihen. Mit diesem Ziel fördert das Bundeswirtschaftsministerium ab sofort ein innovatives Projekt in Halle (Saale) und Ilmenau.

Der Wasserrettungsdienst Halle (Saale) und das Fraunhofer Institut für Optronik,
Systemtechnik und Bildauswertung, Institutsteil Angewandte Systemtechnik...

Im Focus: A step towards controlling spin-dependent petahertz electronics by material defects

The operational speed of semiconductors in various electronic and optoelectronic devices is limited to several gigahertz (a billion oscillations per second). This constrains the upper limit of the operational speed of computing. Now researchers from the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg, Germany, and the Indian Institute of Technology in Bombay have explained how these processes can be sped up through the use of light waves and defected solid materials.

Light waves perform several hundred trillion oscillations per second. Hence, it is natural to envision employing light oscillations to drive the electronic...

Im Focus: Haben ein Auge für Farben: druckbare Lichtsensoren

Kameras, Lichtschranken und Bewegungsmelder verbindet eines: Sie arbeiten mit Lichtsensoren, die schon jetzt bei vielen Anwendungen nicht mehr wegzudenken sind. Zukünftig könnten diese Sensoren auch bei der Telekommunikation eine wichtige Rolle spielen, indem sie die Datenübertragung mittels Licht ermöglichen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) am InnovationLab in Heidelberg ist hier ein entscheidender Entwicklungsschritt gelungen: druckbare Lichtsensoren, die Farben sehen können. Die Ergebnisse veröffentlichten sie jetzt in der Zeitschrift Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201908258).

Neue Technologien werden die Nachfrage nach optischen Sensoren für eine Vielzahl von Anwendungen erhöhen, darunter auch die Kommunikation mithilfe von...

Im Focus: Einblicke in die Rolle von Materialdefekten bei der spin-abhängigen Petahertzelektronik

Die Betriebsgeschwindigkeit von Halbleitern in elektronischen und optoelektronischen Geräten ist auf mehrere Gigahertz (eine Milliarde Oszillationen pro Sekunde) beschränkt. Die Rechengeschwindigkeit von modernen Computern trifft dadurch auf eine Grenze. Forscher am MPSD und dem Indian Institute of Technology in Bombay (IIT) haben nun untersucht, wie diese Grenze mithilfe von Lichtwellen und Festkörperstrukturen mit Defekten erhöht werden könnte, um noch größere Rechenleistungen zu erreichen.

Lichtwellen schwingen mehrere hundert Trillionen Mal pro Sekunde und haben das Potential, die Bewegung von Elektronen zu steuern. Im Gegensatz zu...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leopoldina-Symposium: „Mission – Innovation“ 2020

21.02.2020 | Veranstaltungen

Gemeinsam auf kleinem Raum - Mikrowohnen

19.02.2020 | Veranstaltungen

Chemnitzer Linux-Tage am 14. und 15. März 2020: „Mach es einfach!“

12.02.2020 | Veranstaltungen

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

Globale Datenbank für Karstquellenabflüsse

21.02.2020 | Geowissenschaften

Leopoldina-Symposium: „Mission – Innovation“ 2020

21.02.2020 | Veranstaltungsnachrichten

Langlebige Fachwerkbrücken aus Stahl einfacher bemessen

21.02.2020 | Architektur Bauwesen

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