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 Risikofaktor für Darmkrebs entschlüsselt
13.07.2018 | Max-Planck-Institut für Stoffwechselforschung

nachricht Algen haben Gene fürs Landleben
13.07.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Im Focus: First evidence on the source of extragalactic particles

For the first time ever, scientists have determined the cosmic origin of highest-energy neutrinos. A research group led by IceCube scientist Elisa Resconi, spokesperson of the Collaborative Research Center SFB1258 at the Technical University of Munich (TUM), provides an important piece of evidence that the particles detected by the IceCube neutrino telescope at the South Pole originate from a galaxy four billion light-years away from Earth.

To rule out other origins with certainty, the team led by neutrino physicist Elisa Resconi from the Technical University of Munich and multi-wavelength...

Im Focus: Magnetische Wirbel: Erstmals zwei magnetische Skyrmionenphasen in einem Material entdeckt

Erstmals entdeckte ein Forscherteam in einem Material zwei unabhängige Phasen mit magnetischen Wirbeln, sogenannten Skyrmionen. Die Physiker der Technischen Universitäten München und Dresden sowie von der Universität zu Köln können damit die Eigenschaften dieser für Grundlagenforschung und Anwendungen gleichermaßen interessanten Magnetstrukturen noch eingehender erforschen.

Strudel kennt jeder aus der Badewanne: Wenn das Wasser abgelassen wird, bilden sie sich kreisförmig um den Abfluss. Solche Wirbel sind im Allgemeinen sehr...

Im Focus: Neue Steuerung der Zellteilung entdeckt

Wenn eine Zelle sich teilt, werden sämtliche ihrer Bestandteile gleichmässig auf die Tochterzellen verteilt. UZH-Forschende haben nun ein Enzym identifiziert, das sicherstellt, dass auch Zellbestandteile ohne Membran korrekt aufgeteilt werden. Ihre Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten für die Behandlung von Krebs, neurodegenerative Krankheiten, Alterungsprozessen und Virusinfektionen.

Man kennt es aus der Küche: Werden Aceto balsamico und Olivenöl miteinander vermischt, trennen sich die beiden Flüssigkeiten. Runde Essigtropfen formen sich,...

Im Focus: Magnetic vortices: Two independent magnetic skyrmion phases discovered in a single material

For the first time a team of researchers have discovered two different phases of magnetic skyrmions in a single material. Physicists of the Technical Universities of Munich and Dresden and the University of Cologne can now better study and understand the properties of these magnetic structures, which are important for both basic research and applications.

Whirlpools are an everyday experience in a bath tub: When the water is drained a circular vortex is formed. Typically, such whirls are rather stable. Similar...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

Conference on Laser Polishing – LaP: Feintuning für Oberflächen

12.07.2018 | Veranstaltungen

Materialien für eine Nachhaltige Wasserwirtschaft – MachWas-Konferenz in Frankfurt am Main

11.07.2018 | Veranstaltungen

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

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Maschinelles Lernen: Neue Methode ermöglicht genaue Extrapolation

13.07.2018 | Informationstechnologie

Fachhochschule Südwestfalen entwickelt innovative Zinklamellenbeschichtung

13.07.2018 | Materialwissenschaften

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