Zellteilung: Zentriolen in Schach halten

30. Juli 2013
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Wissenschaftler haben nun Mechanismen identifiziert, die die Teilung von Zentriolen in verschiedenen Entwicklungsstadien eines Organismus kontrollieren.

Wenn sich unsere Zellen teilen, sammelt sich ihnen genetisches Material – in Form von X-förmigen Chromosomen – in der Mitte der Zelle, bevor die beiden Arme des X von langen Spindelfasern, den Mikrotubuli, zu entgegengesetzten Polen der Zelle gezogen werden. Die Spindelpole werden in tierischen Zellen von sogenannten Zentrosomen organisiert. Diese bestehen aus einem Paar rechtwinklig zueinander angeordneten, zylinderförmigen Zentriolen, die in ein Mischmasch aus Proteinen, die pericentriolare Matrix (PCM), eingebettet sind. Nach der Zellteilung enthält jede Tochterzelle genau ein Zentrosom mit jeweils zwei Zentriolen, die sich nun trennen, sodass auch die Tochterzelle in der nächsten Zellteilung zwei Zentrosomen und somit Spindelpole bildet. Tritt bei der Teilung und Verdopplung der Zentriolen ein Fehler auf, führt dies zur Ausbildung von zu vielen oder zu wenigen Zentrosomen, wenn sich die Tochterzelle das nächste Mal teilt. Menschliche Krebszellen enthalten häufig überzählige Zentrosomen, was wiederum zur für Krebszellen typischen Veränderung der normalen Anzahl von Chromosomen führt.

PCM – der Kleber, der die Zentriolen verbindet

Wie die beiden rechtwinklig zueinander angeordneten Zentriolen zusammengehalten werden und was ihre Trennung reguliert, war lange unbekannt. Gabriela Cabral, Doktorandin im Labor von Alex Dammermann am Department für Mikrobiologie, Immunbiologie und Genetik der Universität Wien erklärt: „Viele Forscher sind davon ausgegangen, dass derselbe Kleber, der Chromosomen verbindet, eine Substanz namens Cohesin, auch die Zentriolen zusammenhält. Wir konnten nun zeigen, dass dies nur unter ganz bestimmten Umständen, nämlich während der Befruchtung der Fall ist. In allen anderen Situationen, zum Beispiel den Zellteilungen im Anschluss an die Befruchtung, ist die PCM die Klebersubstanz.“ Dies erklärt auch die widersprüchlichen Ergebnisse vorangegangener Studien. Alex Dammermann sagt weiter: „Wir waren wirklich überrascht, dass es zwei verschiedene zelluläre Mechanismen gibt, die die Teilung der Zentriolen kontrollieren. Diese Entdeckung haben wir nur machen können, weil wir den Fadenwurm C. elegans als Modellorganismus verwendet haben. Hätten wir Zellkulturen verwendet, hätten wir niemals herausgefunden, dass der Mechanismus der Zentriolenteilung abhängig vom Entwicklungsstadium ist.“

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Schematische Darstellung eines Zentrosoms. Zu sehen sind die beiden rechtwinklig zueinander angeordneten Zentriolen, die von einer Proteinmatrix (PCM) umgeben sind. Zentrosomen organisieren die Spindelpole und Mikrotubuli, die für die Trennung der Chromosomen während der Zellteilung verantwortlich sind. B) Zentriolen (rote Punkte) während unterschiedlicher Stadien der Zellteilung. Am Ende jeder Teilung werden die beiden Zentriolen eines Zentrosoms getrennt, als Vorbereitung für den nächsten Durchlauf des Zellzyklus. © A. Dammermann

Stammzellfaktoren und Krebs

Am Ende der Zellteilung wird auch die Proteinmatrix des PCM, die die Zentriolen umgibt, aufgelöst. Hierbei spielen wieder die Spindelfasern, die auch die X-förmigen Chromosomen trennen, eine wichtige Rolle. Sie ziehen die PCM und die Zentriolen auseinander. Dieser Prozess ist strengstens kontrolliert, damit jede Tochterzelle später die richtige Anzahl an Zentrosomen für die nächste Zellteilung hat. Treten jedoch Fehler auf, sind Zelltod oder Tumorentstehung die Folge. Eine weitere Aufgabe der Zentrosomen scheint die Aufteilung von Stammzellfaktoren zu sein. Gabriela Cabral: „Wenn sich eine Stammzelle teilt, entstehen nicht zwei identische Tochterzellen, wie dies bei anderen Zellen der Fall ist. Es entsteht eine neue Stammzelle und eine Tochterzelle, die sich in viele verschiedene Zellarten weiterentwickeln kann.“ Bisher weiß man nur sehr wenig über diese Stammzellfaktoren und wie sie bei der Teilung einer Stammzelle verteilt werden. Dass Zentrosomen an diesem Prozess beteiligt sind, steht jedoch fest. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die PCM noch viele Geheimnisse hat, die wir nicht kennen. Wir haben es uns zur Aufgabe gemacht, diesen Mischmasch von Proteinen, seine Zusammensetzung und Funktion genauer zu verstehen“, erklärt Alex Dammermann.

Originalpublikation:

Multiple mechanisms contribute to centriole separation in C. elegans
Alexander Dammermann et al.; Current Biology, DOI: 10.1016/j.cub.2013.06.043; 2013

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1 Kommentar:

Gast
Gast

Ich hätte zwei Damen genommen oder zwei Bauern, aber Pferde sind auch anmutig.
Der Artikel ist klasse, den werde ich gleich der Freundin meiner Tochter weiterleiten, für ihre Bio-Facharbeit. Denn es gibt keine dummen Fragen, nur ignorante Antworten und die sollte man vermeiden. Eine natürliche Neugier ist uns angeboren, die sollte man unbedingt befriedigen, wenn sich das machen läßt.

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