Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Tanz der Mikrotubuli

19.12.2012
Während der Zellteilung fangen Mikrotubuli die Chromosomen durch Drehbewegung ein

Im Laufe der Zellteilung teilt sich jedes Chromosom in zwei identische Hälften, von denen je eine in beide Tochterzelle gelangt. Für diese Aufteilung der Chromosomen sind fadenförmige Proteine verantwortlich, die sogenannten Mikrotubuli.


Während der Zellteilung ordnen sich die Chromosomen - hier blau markiert - in der Mitte der Zelle an. Mit ihnen verbinden sich die Mikrotubuli, die in der Abbildung grün erscheinen. Sie kontrollieren, dass die Chromosomen in zwei Hälften geteilt werden, von denen je eine in jede Tochterzelle gelangt. © MPI für Biochemie / E. Nigg-Martignoni, P. Meraldi


Indem sie die Mikrotubuli in Grün und die Kinetochore in Magenta markierten, konnten die Wisenschaftler um Iva Tolic-Nørrelykke die Dynamik der Zellbestandteile während der Zellteilung unter dem Mikroskop beobachten. Den neuen Erkenntnissen zufolge schlängeln sich die Mikrotubuli um die Kinetochore, bis sie diese zu fassen bekommen und die Chromosomen daran in zwei Hälften aufteilen. © Iva M. Tolic-Nørrelykke / MPI für Zellbiologie und Genetik

Wie die Mikrotubuli den Kontakt mit den Zentren der Chromosomen ausbilden, haben Forscher um Iva Tolic-Nørrelykke vom Max-Planck-Institut für Zellbiologie und Genetik in Dresden jetzt unter dem Mikroskop beobachtet. Ihre Ergebnisse widersprechen dem bisherigen Bild dieses Prozesses: So wachsen die Mikrotubuli keineswegs direkt auf ihr Ziel zu, sondern sie schlängeln sich in einer rein temperaturabhängigen Drehbewegung um die Chromosomenzentren herum, bis sie diese zu fassen bekommen. Ein detailliertes Verständnis der Zellteilung ist unter anderem deswegen wichtig, weil die Wirkung vieler Krebsmedikamente darauf basiert, dass sie diesen Prozess hemmen.

Wenn sich eine tierische oder pflanzliche Zelle teilt, ordnet sie ihre X-förmigen Chromosomen in Reih und Glied in der Mitte der Zelle an. Ausgehend von den beiden Zellpolen verbinden sich die Mikrotubuli mit einem speziellen Proteinkomplex auf den Chromosomen, dem Kinetochor. Nachdem die Chromosomen kopiert und damit verdoppelt wurden, können die Kopien entlang der Mikrotubuli in die beiden Tochterzellen wandern. Wie es die Mikrotubuli allerdings schaffen, die Kinetochore der Chromosomen zu finden, ist im Detail noch nicht bekannt.

Ein internationales Forscherteam, an dem auch Wissenschaftler der Dresdner Max-Planck Institute für Zellbiologie und Genetik sowie der Physik komplexer Systeme beteiligt waren, hat diesen Prozess jetzt am Beispiel der Spalthefe untersucht und dabei sprichwörtlich Bewegendes beobachtet: Die freien Enden der Proteinfäden, so die Erkenntnis der Forscher, schlängeln sich so lange im Kreis um die Chromosomen herum, bis sie die Kinetochore gefunden haben, mit denen sie sich dann verbinden.

Um dies zu untersuchen, kühlten die Wissenschaftler die Zellen der Spalthefe während der entscheidenden Phase der Zellteilung, in der die Mikrotubuli die Chromosomen zu greifen bekommen, auf zwei Grad ab. Bei dieser Temperatur zerfallen die Mikrotubuli in ihre Einzelbausteine. Anschließend erhitzten die Forscher die Zellen wieder auf Raumtemperatur, so dass sich die Proteinfäden erneut ausbildeten und langsam wieder Kontakt zu den Zentren der Chromosomen aufnahmen. Diesen Prozess dokumentierten die Biologen, indem sie die Position der grün markierten Mikrotubuli gegenüber der ebenfalls farbmarkierten Kinetochore alle zwei Sekunden fotografierten. Auf diesen Aufnahmen konnten die Wissenschaftler erkennen, dass sich die Mikrotubuli um die Kinetochore herum drehten.

Diese Erkenntnis widerspricht einem langjährigen Dogma innerhalb der Zellbiologie: So waren die Wissenschaftler bisher davon ausgegangen, dass die Mikrotubuli direkt auf die Kinetochore zuwachsen, um den Kontakt auszubilden. Dass dieses Bild so lange niemand in Frage gestellt hat, erklärt sich Iva Tolic-Nørrelykke, die Leiterin der aktuellen Studie, so: „Auf die Bewegung der Mikrotubuli hat bisher wohl noch keiner so richtig geachtet. Aus diesem Grund ist einfach jeder davon ausgegangen, dass die alte Vorstellung der Realität entspricht. Außerdem handelt es sich dabei nur um sehr geringe Bewegungen, deren Nachweis zeitlich wie räumlich hoch auflösende Mikroskopieverfahren erfordert.“

Tolic-Nørrelykke und ihre Kollegen wiesen darüber hinaus nach, dass diese Bewegung nicht von Motorproteinen gesteuert wird. Sie vermuteten, dass stattdessen die Brown’sche Molekularbewegung hierfür verantwortlich ist und erstellten dazu ein mathematisches Modell. Die Vorhersagen des theoretischen Modells stimmten mit der beobachteten Bewegung der Mikrotubuli überein: So fingen sie die Kinetochore umso schneller ein, je höher die Umgebungstemperatur war.

Die neuen Erkenntnisse könnten für die Entwicklung neuer Therapien gegen Krebserkrankungen bedeutsam sein. „Viele Krebsmedikamente hemmen die Zellteilung und verhindern, dass sich die Mikrotubuli ausbilden. Das Wissen, wie die Mikrotubuli den Kontakt zu den Chromosomen herstellen, kann dann für die Entwicklung neuer Medikamente genutzt werden“, erklärt Iva Tolic-Nørrelykke.

Ansprechpartner

Florian Frisch M.A.,
Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik, Dresden
Telefon: +49 351 210-2840
Fax: +49 351 210-1019
E-Mail: frisch@­mpi-cbg.de
Dr. Iva Tolic-Nørrelykke,
Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik, Dresden
Telefon: +49 351 210-2691
E-Mail: tolic@­mpi-cbg.de
Originalpublikation
Iana Kalinina, Amitabha Nandi, Petrina Delivani, Mariola R. Chacón, Anna H. Klemm, Damien Ramunno-Johnson, Alexander Krull, Benjamin Lindner, Nenad Pavin und Iva M. Tolic-Nørrelykke
Pivoting of microtubules around the spindle pole accelerates kinetochore capture
Nature Cell Biology, 2012, doi:10.1038/ncb2640

Florian Frisch | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/6704614/Tanz_der_Mikrotubuli

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