Eine der grundlegendsten Funktionen allen Lebens ist die Zellteilung. Damit sie jedoch korrekt abläuft, muss die Furche, die die beiden zukünftigen Zellen abteilt, genau an der richtigen Stelle sitzen. Dass daran gleich zwie Faktoren beteiligt sind, haben jetzt deutsche Wissenchaftler herausgefunden.
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Wenn wir verstehen, wie das Zellwachstum reguliert und gesteuert wird, verstehen wir auch, inwiefern Fehlfunktionen zum Auslöser von Krankheiten werden können. Wird etwa die Regulierung der Zellteilung fehlgesteuert, kann das zu unkontrolliertem Wachstum wie beispielsweise Krebs führen. Bei der Zellteilung ist die Positionierung der Zellteilungsfurche ein entscheidender Faktor: Sie bestimmt, welche Größe die Tochterzellen haben werden und wie das genetische Material verteilt wird. Bisher vermutete man, dass unterschiedliche Zelltypen für diesen komplexen Vorgang auch unterschiedliche Strategien benutzen.
So scheinen bei einigen Zellarten die Astern, jene an den Polen der Zelle sternförmig angelagerten Mikrotubuli, die Position der Furche zu steuern. In anderen wiederum tut dies die „midzone“, eine für die Teilung des Zellkerns relevante, ebenfalls aus Mikrotubuli gebildete Struktur. Henrik Bringmann aus der Arbeitsgruppe von Anthony Hyman am Dresdner Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) hat nun in Experimenten mit einzelligen Embryonen des Fadenwurms C. elegans gezeigt, dass in die Zellteilung beide Zellbausteine eingebunden sind, die nacheinander fein abgestimmt Signale abgeben und auf diese Weise die Zellteilungsfurche an die richtige Stelle dirigieren.
Um das genaue Funktionieren der Zellteilungsspindel und ihrer Bestandteile zu verstehen, untersuchten die Max-Planck-Forscher Zygoten des gerade mal einen Millimeter langen Nematoden Caenorhabditis elegans. Dieser Fadenwurm war 1993 der erste vollständig sequenzierte Vielzeller überhaupt, und wurde so zu einem beliebten Modellorganismus der Zell- und Entwicklungsbiologie. „Um zu schauen, was die midzone und die Astern bei der Zellteilung genau machen, haben wir diese mit Hilfe eines Ultraviolett-Lasers getrennt“, erklärt Henrik Bringmann, Doktorand im Forschungslabor von Tony Hyman, das Vorgehen.
Im Normalfall sind die beiden Astern der Zellpole mit den midzones verbunden. Die Mittelpunkte zwischen den beiden Punkten liegen so auf gleicher Position. Durch den Beschuss mit dem Laser haben die Wissenschaftler aber eine Zelle hergestellt, in der sich dieser Mittelpunkt asymmetrisch verschoben hatte: Beim einsetzenden Zellteilungsvorgang wurden sie nun von kortikalen Kräften auseinandergezogen. Diese Technik tauften die Dresdner Forscher ASS (asymmetric spindle severing), also asymmetrische Spindeltrennung.
Was war zu beobachten? Es bildeten sich zwei Zellteilungsfurchen, nämlich zunächst eine regulär genau auf halber Strecke zwischen den beiden Astern, und dann noch eine andere an dem Kortex, der am nächsten zur midzone lag. Aus dieser Manipulation des mitotischen Apparats folgern die Forscher: Bei der Zellteilung wird die Teilungsfurche durch nacheinander ablaufende Signale der Astern und der midzones in die richtige Position gebracht. Das erste Signal wird von den Astralmikrotubuli gegeben und leitet die Teilung ein. Wie es scheint, würde es alleine ausreichen, um die Zellteilung durchzuführen. Das zweite Signal der Spindel-midzones ist ein robuster Korrektur-Mechanismus, der sicherstellt, dass das Erbmaterial zu gleichen Teilen auf die Tochterzellen verteilt wird.
(MPG, 05.08.2005 – NPO)
