Mikrotubuli sind kleine Proteinröhrchen, die Zellen ihre Struktur geben und ihr Wachstum sowie ihre Teilung ermöglichen. Bisher nahmen Forscher an, dass sie vom Zentrosom, einem Zellorganell in der Nähe des Zellkerns, gebildet werden. Max-Planck-Wissenschaftler haben nun aber gezeigt, dass ausgereifte Nervenzellen des Zentralen Nervensystems kein aktives Zentrosom mehr besitzen, und dass sich Mikrotubuli in diesen Zellen unabhängig vom Zentrosom neu bilden können.
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Die Ergebnisse widerlegen die Lehrmeinung zum Ursprung von Mikrotubuli. Zudem zeigen sie, dass ein essenzieller Prozess zur Regeneration auch in ausgereiften Nervenzellen des Gehirns und Rückenmarks zur Verfügung steht, berichtet das Wissenschaftsmagazin „Science“.
Zellskelett verleiht Stabilität
Zellen sind die Bausteine aller Lebewesen. Angepasst an ihre sehr unterschiedlichen Aufgaben, gibt es eine Vielzahl verschiedener Zelltypen und Zellformen. Diese reichen von nahezu runden Hefezellen bis hin zu tausendfach verzweigten Nervenzellen. Ermöglicht werden diese verschiedenen Zellformen durch das Zellskelett, das den Zellen Stabilität und Struktur verleiht.
Das Zellskelett besteht aus kleinen Proteinröhrchen, den Mikrotubuli, die je nach Bedarf verlängert oder verkürzt werden können. So kann eine Zelle wachsen oder zum Beispiel einen Fortsatz bilden und wieder zurückziehen. Doch auch die Zellteilung wäre ohne die stabilisierenden und richtungsweisenden Mikrotubuli nicht möglich.
Mikrotubuli Organisierendes Zentrum
Nach der bisherigen Lehrbuchmeinung entstehen Mikrotubuli am Zentrosom, einer Struktur in der Nähe des Zellkerns, die auch als „Mikrotubuli Organisierendes Zentrum“ bezeichnet wird. Seine Rolle bei der Zellteilung und der Mikrotubuli-Entstehung macht das Zentrosom auch für Neurobiologen sehr interessant. Denn ausgereifte Nervenzellen können sich generell nicht mehr teilen und wachsen im Gehirn und Rückenmark nach einer Verletzung nicht mehr aus. Könnte dies daran liegen, dass das Zentrosom seine Funktion in diesen Nervenzellen verliert?
Dieser Frage gingen Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Neurobiologie in Martinsried zusammen mit ihren Kollegen vom Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden und des Erasmus Medical Centers in Rotterdam auf den Grund. Wie die Forscher nun in Science berichten, ist das Zentrosom in ausgereiften Nervenzellen tatsächlich inaktiv. Ohne aktives Zentrosom sollte die Teilung dieser Nervenzellen sehr schwer werden.
Proteinröhrchen in ihre Einzelteile zerlegt
Nach diesem Fund lag die nächste Frage auf der Hand: Ist das inaktive Zentrosom auch ein Grund dafür, dass Nervenzellen im Gehirn und Rückenmark nach einer Verletzung nicht mehr auswachsen? Erst vor Kurzem konnten die Martinsrieder Neurobiologen zeigen, dass die Mikrotubuli am Ende solch einer verletzte Nervenzelle völlig durcheinandergeraten. Neue Mikrotubuli müssten nach der gängigen Meinung vom Zentrosom nachgeschoben werden, was natürlich bei einem inaktiven Zentrosom nicht möglich ist.
Um diese Frage zu klären, untersuchten die Max-Planck-Wissenschaftler anhand von Zellkulturen, wo Mikrotubuli in Nervenzellen entstehen. Dazu zerlegten sie die Proteinröhrchen zunächst in ihre Einzelteile und beobachteten dann ihren erneuten Aufbau in den Zellen. Wie erwartet entstanden die Mikrotubuli in jungen Nervenzellen vor allem am Zentrosom. Jedoch nicht ausschließlich: Einzelne Mikrotubuli bildeten sich auch an ganz anderen Stellen des Zellkörpers.
Alte Lehrmeinung widerlegt
„Die wirkliche Sensation zeigte sich aber erst, als wir ausgereifte Nervenzellen untersuchten“, berichtet Michael Stiess. Denn auch in diesen Zellen entstanden neue Mikrotubuli – und zwar überall in der Zelle, nur nicht am Zentrosom. Die Ergebnisse widerlegen die Lehrmeinung, dass Mikrotubuli vom Zentrosom aus gebildet werden. Das hat auch Konsequenzen für die Regeneration von Nervenzellen, denn anscheinend können Mikrotubuli direkt an einem verletzten Ausläufer einer Nervenzelle entstehen und müssen nicht erst aufwändig vom Zellkörper dorthin transportiert werden.
Wichtig ist hier auch eine weitere Entdeckung der Wissenschaftler: Die vor Ort gebildeten Mikrotubuli reichen aus, um eine Nervenzelle auswachsen zu lassen. So wuchsen selbst junge Nervenzellen weiter, obwohl die Wissenschaftler ihre Zentrosome mit einem speziellen Laser entfernt hatten. „Somit sollte eine der Grundvoraussetzungen für die Regeneration von Nervenzellen auch im Gehirn und Rückenmark zur Verfügung stehen“, freut sich Frank Bradke, der Leiter der Studie. Nun gilt es in einem nächsten Schritt herauszufinden, wie dieser Aufbau von Mikrotubuli und somit das Auswachsen verletzter Nervenzellen im lebenden Organismus angeregt werden kann.
(Max-Planck-Gesellschaft, 08.01.2010 – DLO)
