17.03.2020

Biophysik der Zellteilung

Proteinwellen lösen neue Form der Zellteilung aus.

Die Arbeitsgruppe um Carsten Beta aus der Bio­logischen Physik der Universität Potsdam hat in einer Kooperation mit spanischen Wissen­schaftlern eine neue Form der Zellteilung entdeckt, die durch Proteinwellen im Inneren von Zellen ausgelöst wird. Sie könnte künftig in der synthe­tischen Biologie, zum Beispiel bei künstlich herge­stellten Zellen, zum Einsatz kommen. 

Abb.: Video­mikroskopie einer Zellteilung durch Protein­wellen: Die...
Abb.: Video­mikroskopie einer Zellteilung durch Protein­wellen: Die Protein­wellen sind grün gefärbt, die Zellkerne rot. Die Wellen bewegen sich in Pfeil­richtung und teilen so die Zelle in zwei Tochter­zellen. (Bild: S. Flemming)

Die Form von Zellen wird durch ein Proteingerüst, das Zytoskelett, bestimmt. Eines der wichtigsten Proteine des Zyto­skeletts, das Aktin, bildet verzweigte Filament­strukturen, die von der Zelle ständig verändert und umgebaut werden. Die Filamente können wachsen oder schrumpfen und so dafür sorgen, dass die Zelle ihre Form verändert. Auf diesem Mecha­nismus basiert zum Beispiel die Bewegung weißer Blutzellen, aber auch die von metasta­sierenden Tumorzellen.

Mithilfe der Molekular­genetik ist es möglich, das Zytoskelett unter dem Mikroskop sichtbar zu machen. Die Biophysiker haben dies genutzt, um in Zellen der Amöbe Dictyostelium discoideum dynamische Veränderungen im Zyto­skelett zu beobachten. Unter bestimmten Bedingungen kann es dazu kommen, dass sich Ansammlungen von Zytoskelett­proteinen in Form einer Welle durch die Zelle bewegen. Gelangt eine solche Proteinwelle an den Rand der Zelle, so drückt sie die Membran, die die Zelle umgibt, nach außen. Die so hervor­gerufene Verformung führt schließlich dazu, dass sich eine Tochterzelle in der Größe der Filamentwelle abtrennt.

Bei der konven­tionellen Zellteilung, die auch als Mitose bezeichnet wird, werden Tochter­zellen durch das Abschnüren mithilfe eines Protein­rings geformt. Dieser Prozess ist sehr komplex und erfordert eine hohe Koordination, zum Beispiel für die korrekte Posi­tionierung des Proteinrings. Die nun von den Potsdamer Wissen­schaftlern entdeckte Form der Zellteilung hat den Vorteil, dass sie im Labor vermutlich einfacher nachgebaut werden könnte. So gibt es gegenwärtig Bestrebungen, künstliche Zellen im Labor herzustellen, und gerade hierbei könnte die Zellteilung durch Proteinwellen eine vielver­sprechende Alternative darstellen. Spanische Kooperations­partner des Potsdamer Teams von der Universitat Politècnica de Cataluny in Barcelona konnten dies in einer Computer­simulation bereits zeigen. Sie entwickelten ein Modell, mit dessen Hilfe sie in simulierten Zellen die durch Wellen verursachte Zellteilung rekonstruieren konnten. Auf diese Weise konnte ein besseres Verständnis der Voraus­setzungen, die für diesen Prozess notwendig sind, gewonnen werden.

U. Potsdam / JOL

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