Eindimensionale Diffusion beschleunigt molekulare Motoren

Eine neuartige Bewegungsstrategie von Motorproteinen haben Wissenschaftler um Prof. Jonathon Howard und Stefan Diez am Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) in Dresden identifiziert. Das Protein MCAK (Mitotic Centromere Associated Kinesin) tritt – im Gegensatz zu den meisten anderen Motorproteinen, die zelluläre Lasten über weite Entfernungen entlang der Mikrotubuli transportieren – lediglich an den Enden von Mikrotubuli in Aktion und reguliert deren Länge. Die Forscher konnten nun nachweisen, dass das Protein diese Position durch eine ungerichtete, eindimensionale Diffusionbewegung entlang der Mikrotubuli selbst findet und an deren Ende dann einrastet (Nature, 4. Mai 2006). Diese Erkenntnisse sind wichtig für das detaillierte Verständnis zellulärer Lebensvorgänge wie Zellteilung oder Nervenzellwachstum.

Wenn Zellen sich teilen, bauen sie einen gigantischen Apparat auf, die so genannte Zellteilungsspindel. Diese besteht aus Mikrotubuli, winzigen Protein-Polymeren, die – je nach Bedarf – wie ein Gerüst auf- und abgebaut werden können und gleichsam die Schienen bilden, entlang derer Motorproteine die Chromosomenhälften mit der Erbgutinformation in die entstehenden Tochterzellen ziehen. Bisher noch unklar war die Frage, wie die Länge der Mikrotubuli eigentlich geregelt wird und auf welche Weise die daran beteiligten Proteine überhaupt die Enden der zu regulierenden Mikrotubuli erreichen.

Die Max-Planck-Forscher untersuchten am Beispiel des Proteins MCAK, wie dieses die Enden von Mikrotubuli auffindet. Howard und seine Kollegen fanden die Antwort: „Wir verfolgten einzelne MCAK-Moleküle unter dem Mikroskop und konnten sehen: MCAK dockt nach dem Zufallsprinzip irgendwo an einem Mikrotubulus an und rutscht dann auf dessen Oberfläche hin und her“, so der australische Biophysiker.

Diese Zufallsstrategie ist erstaunlich effizient und erfolgreich – auf diese Weise kann MCAK sehr schnell die Mikrotubuli-Enden lokalisieren. Howard weiter: „Wenn es dann dort angekommen ist, frisst es sich wie Pacman, der Computersmiley aus den 1980er-Jahren, in das Ende hinein und lässt nicht wieder los“. Die Chromosomenhälften folgen dieser Bewegung und werden so akkurat auf die Tochterzellen verteilt. [JH/SD]

Originalveröffentlichung:

Jonne Helenius, Gary Brouhard, Yannis Kalaidzidis, Stefan Diez & Jonathon Howard:
The depolymerizing kinesin MCAK uses lattice diffusion to rapidly target microtubule ends

Nature, 4 May 2006