Erforschung des Flusstransports in Eizellen

Wissenschaftler der Northwestern Medicine entdeckten laut einer in veröffentlichten Studie einen neuen und einzigartigen Transportmechanismus in sich entwickelnden Eizellen in Fruchtfliegen eLife.

Motorproteine ​​schleudern Mikrotubuli in Richtung Oozyten und erzeugen einen Strom, der Nährstoffe und Moleküle zu einer sich entwickelnden Eizelle bringt. Laut Vladimir Gelfand, Ph.D., Leslie B. Arey Professor für Zell-, Molekular- und Anatomiewissenschaften und leitender Autor der Studie, war dieser Flusstransport bisher nur in Pflanzen nachgewiesen worden.

„Dies ist ein völlig neuer Mechanismus der biologischen Bewegung bei Tieren“, sagte Gelfand, ebenfalls Professor für Zell- und Molekularbiologie und Mitglied des Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center der Northwestern University.

Eizellen, auch Oozyten genannt, entstehen sehr früh im Leben eines Organismus aus Stammzellen. Während der Entwicklung der Eizelle pumpen spezialisierte „Ammenzellen“ Proteine, Boten-RNA (mRNA) und andere Bestandteile in die Eizelle und geben ihr damit Materialien zum Aufbau der für die Entwicklung notwendigen Strukturen.

Zu Beginn dieses Prozesses transportiert das Protein Dynein andere Proteine ​​und mRNA gerichtet, indem es entlang von Mikrotubuli-Spuren „wandert“. zwei „Beine“ binden und lösen sich bei jedem Schritt abwechselnd an die Oberfläche der Mikrotubuli, wobei die transportierten Moleküle an das Motorprotein gebunden sind. Dies ist ein Beispiel für selektiven Transport, der erforderlich ist, um das Zellschicksal der Oozyten aufrechtzuerhalten, so Wen Lu, Ph.D., wissenschaftlicher Mitarbeiter im Gelfand-Labor und Hauptautor der Studie.

„Die Eizelle muss eine sehr spezifische mRNA aufrechterhalten, um ihren Status als Eizelle aufrechtzuerhalten“, sagte Lu. „Sobald die Eizelle differenziert ist und größer werden muss, ist dieser selektive Transport zu langsam.“

Tatsächlich beobachteten die Forscher in der Mitte der Oozytenentwicklung, dass sich die Transportmethode änderte. Anstelle von Motorproteinen, die entlang der Mikrotubuli laufen, drückt derselbe Motor, Dynein, der an der Rinde der Ammenzellen befestigt ist, die Mikrotubuli durch kleine Kanäle in Richtung der Eizelle. Dies erzeugt eine Strömung, durch die Moleküle zur Eizelle transportiert werden, als würde man mit einer Röhre einen Fluss hinunterfahren.

„Es ist derselbe Mechanismus wie beim selektiven Transport, aber er ist umgekehrt. Anstelle von Komponenten, die sich auf Mikrotubuli bewegen, bewegen sich Mikrotubuli selbst zur Eizelle“, sagte Gelfand.

In der Studie platzierten die Forscher neutrale Partikel in den Nährzellen und beobachteten, wie sie auf dem Strom zur Eizelle ritten. Wenn die alte Methode des gerichteten Transports in diesem mittleren Entwicklungsstadium noch aktiv wäre, würden die neutralen Partikel an Ort und Stelle bleiben, da sie nicht an die Motorproteine ​​binden, die sich entlang der Mikrotubuli bewegen.

Dann schufen die Forscher ein chimäres Motorprotein, indem sie Motorproteine ​​aus Moos nahmen und sie an Ammenzellen anhefteten. Dieser künstliche Motor schob immer noch Mikrotubuli in Richtung Eizelle, was zu einem normalen Wachstum der Eizelle führte.

„Es spielt keine Rolle, was Mikrotubuli bewegt, solange der Fluss in die richtige Richtung geht“, sagte Gelfand.

Dieser Mechanismus könnte auch bei Säugetieren vorhanden sein, aber Gelfand warnte davor, dass er schwer zu überprüfen sei; Säugetierzellen sind dicker und komplexer, was die Bildgebung erschwert, die zur Beobachtung des Transports innerhalb der Zellen erforderlich ist. In Zukunft, sagte Gelfand, werde sein Labor genau untersuchen, wann der Transport von selektiv zu nicht-selektiv wechselt, da es möglicherweise einen biologischen Auslöser gibt, der den Schalter umlegt.