17. Januar 2020

Wie Zellen funktionieren Wie Zellen funktionieren

Wissenschaftler erforschen die Entstehung des Zellskeletts

Zellen benötigen für viele wichtige Prozesse wie Zellteilung und zelluläre Transportvorgänge strukturgebende Zellskelettelemente, sogenannte Mikrotubuli. Ein Forscher-Team von Wissenschaftlern der Universitäten Heidelberg und Bonn hat nun herausgefunden, wie die spiralförmigen, modular aufgebauten Mikrotubuli entstehen und wie dies gesteuert wird. Sichtbar gemacht wurden diese Prozesse mit der hochmodernen Kryo-Elektronenmikroskopie (cryo-EM).

Prof. Dr. Oliver Gruß
Prof. Dr. Oliver Gruß - vom Institut für Genetik der Universität Bonn. © Foto: Simone Christian/Institut für Genetik

„Um Mikrotubuli aus ihren Einzelteilen herstellen zu können, bedienen sich die Zellen struktureller Vorlagen, die eine Schicht der Mikrotubuli-Helix nachahmen und als Startpunkt für die neu zu bildenden Mikrotubuli dienen können“, erläutert Dr. Stefan Pfeffer, Nachwuchsgruppenleiter am Zentrum für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg (ZMBH). In menschlichen Zellen übernimmt der Gamma-Tubulin-Ring-Komplex (?-TuRC) diese Rolle als strukturelle Vorlage. Um dessen Einfluss auf die Entstehung der Mikrotubuli genauer zu verstehen, haben die Wissenschaftler mithilfe der cryo-EM die Struktur des gereinigten ?-TuRC mit molekularer Auflösung bestimmt.

„Wir konnten vor einigen Jahren die Reinigung des ?-TuRC etablieren“, sagt Prof. Dr. Oliver Gruß, vom Institut für Genetik der Universität Bonn und Alumnus des ZMBH. Die Studie zeigt im Detail, wie der ?-TuRC aufgebaut ist und wie die etwa 30 verschiedenen Komponenten zusammenfinden, die ihn ausmachen. Damit wird auch deutlich, auf welche Weise die Neubildung von Mikrotubuli am ?-TuRC durch eine simple Änderung des Ringdurchmessers schnell reguliert werden kann.

„Insbesondere die Aktivierung des ?-TuRC ist essentiell für eine effiziente und zuverlässige Teilung des Erbguts während der Zellteilung. Da die Anzahl der Mikrotubuli in Krebszellen verändert ist und zum aggressiven Verhalten von Tumoren beiträgt, sind die Erkenntnisse auch für die Krebsforschung von Bedeutung“, betonen Prof. Dr. Elmar Schiebel, Forschungsgruppenleiter am ZMBH und gemeinsam mit Dr. Pfeffer korrespondierender Autor der Studie.

Als nächsten Schritt planen die Wissenschaftler, Substanzen zu finden, mit denen die Mikrotubuli bildende Aktivität des ?-TuRC blockiert werden kann. Ziel ist, ein neues Wirkprinzip für die Hemmung der Zellteilung zu entwickeln, eine mögliche Anwendung sehen die Forscher in der Tumortherapie.
Beteiligt an der Studie waren auch Wissenschaftler der Universitäten Bochum und der Charité – Universitätsmedizin Berlin. Veröffentlicht wurden die Forschungsergebnisse in der Fachzeitschrift „Nature“.

Informationen im Internet:

Forschungsgruppe Stefan Pfeffer – www.zmbh.uni-heidelberg.de/Pfeffer/default.shtml
Forschungsgruppe Elmar Schiebel – www.zmbh.uni-heidelberg.de/schiebel/default.shtml
Forschergruppe Oliver Gruß - www.genetik.uni-bonn.de/abteilungen/abt-gruss


Publikation: P. Liu, E. Zupa, A. Neuner, A. Böhler, J. Loerke, D. Flemming, T. Ruppert, T. Rudack, C. Peter, C. Spahn, O. J. Gruss, S. Pfeffer & E. Schiebel: Insights into assembly and activation of the microtubule nucleator ?-TuRC (doi: 10.1038/s41586-019-1896-6).

Kontakt:

Prof. Dr. Elmar Schiebel
Zentrum für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg
Tel. 06221-54 6814
E-Mail: schiebel.elmar@zmbh.uni-heidelberg.de
Dr. Stefan Pfeffer
Zentrum für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg
Tel. 06221-54 6849
Email: s.pfeffer@zmbh.uni-heidelberg.de

Prof. Dr. Oliver Gruß
Institut für Genetik der Universität Bonn
Tel. 0228-734258
E-Mail: ogruss@uni-bonn.de

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