Wie das „Laufband-Förderband“ für die richtige Zellteilung sorgt

Forscher am Center for Genomic Regulation (CRG) haben herausgefunden, wie Proteine ​​zusammenarbeiten, um das „Treadmilling“ zu regulieren, einen Mechanismus, der vom Netzwerk von Mikrotubuli in Zellen genutzt wird, um eine ordnungsgemäße Zellteilung sicherzustellen. Die Ergebnisse werden im veröffentlicht Zeitschrift für Zellbiologie.

Mikrotubuli sind lange Röhren aus Proteinen, die als Infrastruktur zur Verbindung verschiedener Regionen innerhalb einer Zelle dienen. Mikrotubuli sind auch für die Zellteilung von entscheidender Bedeutung, da sie Schlüsselbestandteile der Spindel sind, der Struktur, die sich an Chromosomen bindet und diese in jede neue Zelle auseinanderzieht.

Damit die Spindel richtig funktioniert, sind Zellen auf Mikrotubuli angewiesen, die als „Tretmühle“ dienen. Dabei verliert ein Ende des Mikrotubulus (das sogenannte Minus-Ende) Komponenten, während das andere (das Plus-Ende) Komponenten hinzufügt. Der Effekt ähnelt dem eines Laufbandes, bei dem sich die Mikrotubuli scheinbar kontinuierlich bewegen, ohne ihre Gesamtlänge zu verändern.

Laufband ist für die Zellteilung von entscheidender Bedeutung. „Die wahrscheinlichste Theorie ist, dass das Treten der Zelle dabei hilft, ihre Bindungen an die Chromosomen zu regulieren, indem es die Spannung aufrechterhält. Da Mikrotubuli häufig an ihren positiven Enden wachsen, kann diese Spannung durch ständige Schrumpfung an den negativen Enden erzeugt werden“, erklärt Dr. Gil Henkin. Co-Erstautor der Studie.

Trotz der zentralen Rolle des Laufbandes in der Zellbiologie blieb die Art und Weise, wie dieser Prozess reguliert wird, ein Rätsel – bis heute. Die Autoren der Studie verwendeten verschiedene isolierte Proteine, von denen bekannt ist, dass sie eine zentrale Rolle in der Mikrotubuli-Biologie spielen, setzten sie in einem Reagenzglas zusammen und visualisierten sie unter einem Mikroskop.

Drei Proteine ​​erwiesen sich als entscheidend für die Regulierung des Lauftrainings: KIF2A, ein Protein aus einer größeren Familie von Proteinen, das Mikrotubuli abbaut, der γ-Tubulin-Ringkomplex (γ-TuRC), ein Gerüst, aus dem Mikrotubuli wachsen, und Spastin Enzym, das wie eine Schere wirkt, die Mikrotubuli schneidet.

„Die Familie der Proteine, die Mikrotubuli abbauen, knabbert normalerweise an beiden Enden der Mikrotubuli. Wir waren überrascht, dass ein Mitglied dieser Familie – KIF2A – eine starke Präferenz für Minusenden hat. Diese Spezialisierung ist genau das, was Forscher zur Erklärung gesucht haben.“ Warum Mikrotubuli in der Spindel eine Tretmühle bilden“, erklärt Dr. Thomas Surrey, leitender Autor der Studie und Forscher am Center for Genomic Regulation.

Bevor KIF2A an einem Minus-Ende knabbern kann, muss es yTuRC überwinden, das wie eine Sicherheitsobergrenze wirkt. „Das Enzym Spastin ist erforderlich, um Mikrotubuli aus der Sicherheitskappe zu befreien, damit KIF2A seine Aufgabe erfüllen kann, sobald die Mikrotubuli-Plus-Enden lang genug gewachsen sind“, erklärt Dr. Cláudia Brito, Co-Erstautorin der Studie.

Die Forscher fanden heraus, dass die korrekte Steuerung des Laufbandtrainings die koordinierte Wirkung aller drei Proteine ​​erfordert. Auch wenn sich aus der Studie keine direkten therapeutischen Ansätze ergeben, fügt sie doch ein weiteres Teil zum komplizierten Puzzle der Zellfunktion und -teilung hinzu.

„Der Mensch beginnt als einzelne Zelle, die sich zu vielen Billionen Zellen entwickeln muss, die alle gute Kopien des Genoms enthalten. Es ist erstaunlich und wichtig, dass dieser Prozess äußerst zuverlässig funktioniert, deshalb haben wir einen kleinen Teil des Puzzles hinzugefügt, um den Gesamtmechanismus zu verstehen.“ „, schließt Dr. Henkin.