Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie die Zelle nicht die Fäden verliert

03.06.2013
Bevor Ei- und Samenzelle sich vereinen und daraus neues Leben entsteht, müssen sie ihren Chromosomensatz halbieren.

Werden Chromosomen dabei zu früh getrennt oder ungleich auf die Tochterzellen verteilt, drohen Chromosomenanomalien wie das Down-, Klinefelter- oder Turner-Syndrom. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen haben jetzt am Modell des Krallenfrosches aufgeklärt, wie die Zelle die präzise Verteilung der Chromosomen mithilfe eines kleinen molekularen Motorproteins namens NabKin sicherstellt. (EMBO Journal, 31. Mai 2013)


Chromosomen im Zellkern einer Eizelle des Afrikanischen Krallenfrosches während der Meiose. Zusammengehörige Chromosomen sind, wie für die Meiose typisch, an Kreuzungspunkten miteinander verknüpft. Die Färbung stellt die Tiefe im Zellkern dar. Matthias Samwer, Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie

Trisomie21 – auch bekannt als Down-Syndrom – ist der häufigste Chromosomenfehler bei Neugeborenen. In Deutschland leben rund 50 000 Betroffene; sie haben das Chromosom 21 dreifach statt doppelt. Auch Geschlechts-Chromosomen können in ihrer Anzahl variieren – mit fatalen Folgen. Männer, die ein zusätzliches X-Chromosom besitzen, leiden unter dem Klinefelter- Syndrom. Frauen, die eines zu wenig haben, erkranken am Turner-Syndrom. Je nach Form und Ausprägung sind die Betroffenen in ihrer geistigen Entwicklung verlangsamt. Sie leiden unter verschiedenen Fehlbildungen und ihre Lebenserwartung ist geringer.

Aber nicht nur einzelne Chromosomen können in der Anzahl variieren, auch der gesamte Chromosomensatz kann in mehrfacher Kopie vorliegen. Wissenschaftler bezeichnen dies als Polyploidie. In solchen Fällen kommt es nach der Befruchtung bereits im frühen Stadium zu einer Fehlgeburt. Forscher am Max- Planck-Institut für biophysikalische Chemie haben jetzt am Modell des Afrikanischen Krallenfrosches (Xenopus laevis) aufgeklärt, wie ein neues Motorprotein namens NabKin solche Polyploidie während der Zellteilung verhindert.

Chromosomenanomalien entstehen, wenn Zellen sich fehlerhaft teilen. Wenn Ei- und Samenzellen im Laufe der sogenannten Reifeteilung (Meiose) ihren Chromosomensatz halbieren, erfolgt dies nach strenger Choreografie. Zunächst müssen sich die in den Keimzellen vorhandenen Chromosomenpaare gegenseitig erkennen und verbinden. Dabei wird genetisches Material ausgetauscht. Danach weichen die Chromosomen auseinander, die Zelle teilt sich. In der zweiten Reifeteilung trennen sich Chromosomen nochmals in ihre beiden Spalthäften (die Chromatiden), gefolgt von einer weiteren Zellteilung. Vier Tochterzellen mit einfachem Chromosomensatz – genetisch alle unterschiedlich – sind das Ergebnis dieses hochkomplexen, streng regulierten Prozesses. Maßgeblich daran beteiligt ist das Zytoskelett der Zelle. Diese zellulären „Verkehrsnetze“ bestehen aus langen Proteinsträngen von Aktinfilamenten und Mikrotubuli, die sich wie Eisenbahnschienen ihren Weg durch das Zellinnere bahnen. Über diese Schienen wird mithilfe von Motorproteinen auch der zelluläre Lastverkehr abgewickelt.

Motorproteine übernehmen ebenfalls eine fundamentale Rolle bei der Zellteilung. Dirk Görlich, Leiter der Abteilung „Zelluläre Logistik“, hat jetzt mit seinem Team gezeigt, wie das NabKin-Motorprotein in Krallenfrosch-Eizellen dafür sorgt, dass jeweils ein vollständiger Chromosomensatz auf die Tochterzellen verteilt wird. „Zu unserer großen Verblüffung machte NabKin für ein Motorprotein etwas äußerst Ungewöhnliches“, erinnert sich Görlich. Er erklärt: „NabKin nutzt beide Verkehrssysteme der Zelle. Es bindet sowohl an Aktinfilamente als auch an Mikrotubuli. Wir vermuten, dass es beide Schienensysteme miteinander verknüpft und dafür sorgt, dass sie während der Zellteilung koordiniert zusammenarbeiten.“ Hemmten die Wissenschaftler während der Meiose die Bindung von NabKin an Aktinfilamente, verlief die Zellteilung fehlerhaft, mehrfache Chromosomensätze in der Eizelle waren die Folge.

Pilz-Gift im Einsatz für die Forschung

Auf die Spur des NabKin-Motorproteins brachte Görlichs Team ein Gift, das unerfahrene Pilzsucher fürchten: Phalloidin, eines der Toxine aus dem Grünen Knollenblätterpilz (Amanita phalloides). Es greift Aktinfilamente an und bindet diese äußerst stark. Forscher machen sich dies bereits seit Längerem zunutze, um Aktinfilamente in lebenden Zellen sichtbar zu machen. Matthias Samwer, Doktorand in der Abteilung „Zelluläre Logistik“, entwickelte mithilfe von Phalloidin eine neue, äußerst sensitive Methode, mit der sich Aktin-bindende Proteine aufspüren und identifizieren lassen. Zellkerne aus Eizellen des Afrikanischen Krallenfrosches erwiesen sich dabei als ideales Forschungsobjekt. In molekularen Dimensionen sind diese Zellkerne riesig. Sie besitzen ein 100 000 mal größeres Volumen als die Zellkerne unserer Körperzellen. Die Giganten unter den Eizellen müssen daher durch ein Kernskelett aus Aktin mechanisch stabilisiert werden.

„Ein solches Skelett im Inneren eines Zellkerns ist eine äußerst ungewöhnliche Struktur. Wie es aufgebaut und organisiert wird, darüber wusste man zu Beginn unserer Studie kaum etwas“, erläutert Biologe Samwer. Das Aktin-Kernskelett war der Ausgangspunkt der Göttinger Wissenschaftler, um mit ihrer neuen Methode bisher unbekannte Bindungspartner von Aktin aufzuspüren. „Um aufzuklären, um welche Proteine es sich dabei handelt, haben wir die Massenspektrometrie eingesetzt. NabKin war der prominenteste neue Kandidat, den wir dabei entdeckt haben“, sagt Henning Urlaub, Leiter der Forschungsgruppe „Bioanalytische Massenspektrometrie“.

Ein enger Verwandter von NabKin, KIF14 genannt, kommt auch in den Zellen des Menschen vor. Auch KIF14 ist für die Zellteilung unentbehrlich: Über dieselben Mechanismen scheint es dafür zu sorgen, dass der Chromosomensatz präzise verteilt wird. „Wenn wir im Detail wissen, wie Eizellen sich teilen und welche Faktoren dabei eine Rolle spielen, können wir auch etwas darüber lernen, wie Chromosomenanomalien entstehen und diese möglicherweise verhindert werden können“, hofft Görlich.

Originalpublikation:
Matthias Samwer, Heinz-Jürgen Dehne, Felix Spira, Martin Kollmar, Daniel W. Gerlich, Henning Urlaub, Dirk Görlich: The nuclear F-actin interactome of Xenopus oocytes reveals an actin-bundling kinesin that is essential for meiotic cytokinesis. EMBO Journal, 31. Mai 2013, doi: 10.1038/emboj.2013.108

Kontakt:
Prof. Dr. Dirk Görlich, Abteilung „Zelluläre Logistik“
Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, Göttingen
Tel.: +49 551 201-2400
E-Mail: dgoerli@gwdg.de

Dr. Carmen Rotte, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, Göttingen
Tel.: +49 551 201-1304
E-Mail: crotte@gwdg.de

Dr. Carmen Rotte | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.gwdg.de
http://www.mpibpc.mpg.de/de/goerlich

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Signale aus der Pflanzenzelle
14.06.2019 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Wie Antibiotikaresistenzen dank egoistischer genetischer Elemente überdauern
13.06.2019 | 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: MPSD-Team entdeckt lichtinduzierte Ferroelektrizität in Strontiumtitanat

Mit Licht lassen sich Materialeigenschaften nicht nur messen, sondern auch verändern. Besonders interessant sind dabei Fälle, in denen eine fundamentale Eigenschaft eines Materials verändert werden kann, wie z.B. die Fähigkeit, Strom zu leiten oder Informationen in einem magnetischen Zustand zu speichern. Ein Team um Andrea Cavalleri vom Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie in Hamburg, hat nun Lichtimpulse aus dem Terahertz-Frequenzspektrum benutzt, um ein nicht-ferroelektrisches Material in ein ferroelektrisches umzuwandeln.

Ferroelektrizität ist ein Zustand, in dem die Atome im Kristallgitter eine bestimmte Richtung "aufzeigen" und dadurch eine makroskopische elektrische...

Im Focus: MPSD team discovers light-induced ferroelectricity in strontium titanate

Light can be used not only to measure materials’ properties, but also to change them. Especially interesting are those cases in which the function of a material can be modified, such as its ability to conduct electricity or to store information in its magnetic state. A team led by Andrea Cavalleri from the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg used terahertz frequency light pulses to transform a non-ferroelectric material into a ferroelectric one.

Ferroelectricity is a state in which the constituent lattice “looks” in one specific direction, forming a macroscopic electrical polarisation. The ability to...

Im Focus: Konzert der magnetischen Momente

Forscher aus Deutschland, den Niederlanden und Südkorea haben in einer internationalen Zusammenarbeit einen neuartigen Weg entdeckt, wie die Elektronenspins in einem Material miteinander agieren. In ihrer Publikation in der Fachzeitschrift Nature Materials berichten die Forscher über eine bisher unbekannte, chirale Kopplung, die über vergleichsweise lange Distanzen aktiv ist. Damit können sich die Spins in zwei unterschiedlichen magnetischen Lagen, die durch nicht-magnetische Materialien voneinander getrennt sind, gegenseitig beeinflussen, selbst wenn sie nicht unmittelbar benachbart sind.

Magnetische Festkörper sind die Grundlage der modernen Informationstechnologie. Beispielsweise sind diese Materialien allgegenwärtig in Speichermedien wie...

Im Focus: Schwerefeldbestimmung der Erde so genau wie noch nie

Forschende der TU Graz berechneten aus 1,16 Milliarden Satellitendaten das bislang genaueste Schwerefeldmodell der Erde. Es liefert wertvolles Wissen für die Klimaforschung.

Die Erdanziehungskraft schwankt von Ort zu Ort. Dieses Phänomen nutzen Geodäsie-Fachleute, um geodynamische und klimatologische Prozesse zu beobachten....

Im Focus: Determining the Earth’s gravity field more accurately than ever before

Researchers at TU Graz calculate the most accurate gravity field determination of the Earth using 1.16 billion satellite measurements. This yields valuable knowledge for climate research.

The Earth’s gravity fluctuates from place to place. Geodesists use this phenomenon to observe geodynamic and climatological processes. Using...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Doc Data – warum Daten Leben retten können

14.06.2019 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - August 2019

13.06.2019 | Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz in der Materialmikroskopie

13.06.2019 | Veranstaltungen

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

German Innovation Award für Rittal VX25 Schaltschranksystem

14.06.2019 | Förderungen Preise

Fraunhofer SCAI und Uni Bonn zeigen innovative Anwendungen und Software für das High Performance Computing

14.06.2019 | Messenachrichten

Autonomes Premiumtaxi sofort oder warten auf den selbstfahrenden Minibus?

14.06.2019 | Interdisziplinäre Forschung

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