Forscher Bericht 29. Februar in der Zeitschrift Zellberichte dass das Golgi-Band, eine Organellenstruktur, von der früher angenommen wurde, dass sie nur bei Wirbeltieren vorkommt, auch in tierischen Taxa vorkommt, darunter Weichtiere, Regenwürmer und Seeigel.
Die Funktion des Golgi-Bandes ist immer noch rätselhaft, aber sein Vorkommen in verschiedenen Tierlinien weist darauf hin, dass seine Funktion nicht wirbeltierspezifisch ist, wie bisher angenommen. Das Team zeigte auch, dass sich Golgi-Bänder zu einem bestimmten Zeitpunkt während der Embryogenese bilden, was darauf hindeutet, dass sie möglicherweise eine Rolle bei der Zelldifferenzierung spielen.
„Das Golgi-Band ist eine sehr alte Innovation und viel weiter verbreitet als bisher angenommen“, sagt der leitende Autor und Zellbiologe Francesco Ferraro von der Stazione Zoologica Anton Dohrn. „Es ist immer noch nicht klar, warum man diese Struktur braucht, aber die Tatsache, dass sie seit über 600 Millionen Jahren konserviert ist und immer noch so weit verbreitet ist, legt nahe, dass ihre Funktionen wirklich grundlegend sind.“
Golgi-Komplexe kommen in Eukaryoten überall vor, ihre Gesamtorganisation variiert jedoch. Die Organellen bestehen aus Stapeln von Membransäcken, die Proteine verarbeiten und verpacken, sodass sie zu anderen Teilen der Zelle transportiert oder aus der Zelle ausgeschieden werden können.
Einzellige Eukaryoten neigen dazu, einzelne Golgi-Stapel zu haben, während Pflanzen, Pilze und einige Tiere mehrere Stapel im Zytoplasma verstreut haben und andere Tiere mehrere Golgi-Stapel haben, die zu einer bandartigen Struktur verbunden sind.
Kredit: Zellberichte (2024). DOI: 10.1016/j.celrep.2024.113791
Der aktuelle Konsens unter Zellbiologen ist, dass Golgi-Bänder nur bei Wirbeltieren vorkommen. Als Ferraros Team jedoch bandartige Golgi in den Embryonen von Seeigeln beobachtete, begannen sie zu untersuchen, wie häufig Golgi-Bänder bei Nicht-Wirbeltieren vorkommen. Dazu untersuchten die Forscher die Golgi-Struktur bei Vertretern verschiedener Tiertaxa und eng verwandter einzelliger Eukaryoten.
Sie fanden heraus, dass Golgi-Bänder sowohl bei Wirbeltieren als auch bei Wirbellosen vorkommen, darunter Weichtiere, Ringelwürmer (z. B. Regenwürmer) und Stachelhäuter (z. B. Seesterne und Seeigel). Golgi-Bänder kommen jedoch nicht bei Arthropoden oder Nematoden oder in ursprünglicheren Tiertaxa wie Schwämmen und Kammgallerten vor.
Aufgrund seines verstreuten, aber weit verbreiteten Vorkommens gehen die Forscher davon aus, dass Golgi-Bänder sich nur einmal entwickelt haben – vor etwa 600 Millionen Jahren im Vorfahren aller Nesseltiere und Bilaterier, zu denen alle Tiere außer Schwämmen, Kammgallerten und Placozoen gehören –, später jedoch verloren gegangen sind in einigen bilateralen Abstammungslinien, einschließlich Nematoden und Arthropoden.
„Golgi-Bänder liegen vor der Evolution und Diversifizierung der Wirbellinie vor, was bedeutet, dass sie sich nicht entwickelt haben, um etwas Besonderes für die Zellphysiologie von Wirbeltieren zu tun“, sagt Ferraro.
Als nächstes wollte das Team den Mechanismus hinter der Bildung und Entwicklung von Golgi-Bändern untersuchen. In Säugetierzellen entstehen Golgi-Bänder, wenn mehrere Golgi-Stapel über molekulare Bindungen miteinander verbunden werden, zu denen „GRASP“-Proteine gehören, die benachbarte Golgi-Stapel verbinden, und „Golgin“-Proteine, die als Ankerpunkte für die GRASP-Proteine dienen.
Die Forscher wussten aus früheren Studien, dass die Bildung von Bändern erfordert, dass GRASPs an einen von zwei Golgins binden, und mithilfe der AlphaFold2-Modellierung folgerten sie, dass sich diese Ankerpunkte wahrscheinlich zu unterschiedlichen Zeiten entwickelten: Ihre Analyse sagte voraus, dass sich ein Ankerpunkt im gemeinsamen Vorfahren aller entwickelte mehrzellige Tiere, während die Bindung durch das andere Golgin sich offenbar in den gemeinsamen Vorfahren der Nesseltiere (dh Seeanemonen, Korallen und Quallen) und Bilaterier entwickelt hat.
Die Funktion der Golgi-Bänder bleibt rätselhaft, die Forscher vermuten jedoch, dass sie an der Zelldifferenzierung während der Embryogenese beteiligt sind. Durch die Analyse der Golgi-Dynamik bei sich entwickelnden Seeigeln (Paracentrotus lividus), Seescheiden und Lanzetten zeigten sie, dass Golgi-Stapel während der ersten paar Runden der Zellteilung getrennt bleiben, sich aber an einem bestimmten Punkt während der Embryogenese zu einem zentralen Golgi-Band verbinden .
„Die Bildung dieser zentralisierten Golgi-Bänder erfolgt unmittelbar vor der Gastrulation, dem Entwicklungsstadium, in dem die Embryonen das Schicksal verschiedener Gewebe und den Körperplan des Tieres festlegen“, sagt Ferraro.
„Basierend auf diesem konservierten Zeitpunkt der Bildung schlagen wir vor, dass das Golgi-Band eine Funktion bei der Entwicklung und Differenzierung des Embryos haben könnte, woran bisher noch niemand gedacht hat.“
Jetzt testen die Forscher „die Idee, dass das Band tatsächlich etwas mit der Differenzierung zu tun hat“, sagt Ferraro. Das Verständnis der Funktion von Golgi-Bändern könnte wichtige medizinische Auswirkungen haben, da Golgi-Bänder bekanntermaßen zerfallen und zur Pathologie bei neurodegenerativen Erkrankungen, Krebs und einigen Virusinfektionen beitragen.
„Die Zerlegung von Bändern ist an vielen Erkrankungen des Menschen beteiligt. Wenn wir also ihre Funktionsweise verstehen, können wir vielleicht einen besseren Einblick in die Ursachen dieser Krankheiten gewinnen“, sagt Ferraro.
Mehr Informationen:
Entwicklung der bandartigen Organisation des Golgi-Apparats in tierischen Zellen, Zellberichte (2024). DOI: 10.1016/j.celrep.2024.113791. www.cell.com/cell-reports/full … 2211-1247(24)00119-0