Aktin bewegt Chromosome: Nach Entdeckung

EMBL-Forscher weist erstmals nach, dass nicht allein Mikrotubuli in Eizellen

Heidelberg, 13. Juli, 2005 – Mikrotubuli brauchen Hilfe, um während der Zellteilung zu Chromosomen zu finden, haben Wissenschaftler entdeckt. In einer Untersuchung am Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL) wurde die bisher allgemein anerkannte Version vom Alleingang der Mikrotubuli als zelluläre Zugseile bei der Chromosomentrennung widerlegt. In großen Zellen wie tierischen Keimzellen, fanden die Forscher heraus, können die Chromosomen ihren Zielort nur mit Hilfe einer weiteren Substanz erreichen: Fasern des Zytoskelettmoleküls Aktin ( Nature, 13. Juli, 2005).

„Dass Aktin tatsächlich Chromosomen bewegt, hat bisher noch niemand aufzeigen können,“ erklärt EMBLWissenschaftler Dr. Jan Ellenberg, dessen Forschungsgruppe die Untersuchung durchführte. „Wir gehören zu den wenigen Gruppen, die über die Zellteilung beim Seestern forschen – einem idealen Modell für die Beobachtung an lebenden Tierzellen.“

Tatsächlich eignet sich der Seestern hervorragend zur Untersuchung von Oozyten: Bei dem Meerestier sind diese Vorläufer der Eizelle durchsichtig und reifen außerhalb des Körpers heran, so dass sie in einem Tropfen Meerwasser überlebensfähig sind. Einen Teil ihrer Experimente führten die EMBL-Wissenschaftler daher auch in Zusammenarbeit mit dem Marine Biological Laboratory von Woods Hole im USBundesstaat Massachusetts durch – am lebenden Objekt, frisch aus dem Ozean.

Gemeinsam untersuchten Ellenberg und Doktorand Péter Lénárd die Seestern-Oozyten während der Meiose. In diesem besonderen Stadium der Zellteilung wird die Anzahl der Chromosomen in einer Eizelle auf die Hälfte reduziert, bevor sie mit einem Spermium verschmilzt. Bisher war man davon ausgegangen, dass die Chromosomen nach dem Zusammenbruch der sie umgebenden Kernmembran dabei von Mikrotubuli wie an Seilen an die Oberfläche gezogen und zur Hälfte aus der Zelle gewiesen werden. Eine Messung der Mikrotubuli aber zeigte den EMBLWissenschaftlern, dass diese Zugseile viel zu kurz waren, um die Chromosomen über eine derart weite Strecke bis an die Außenwand der großen Oozyte zu transportieren. Mehr noch: Als die Forscher darauf die Mikrotubuli mittels einer chemischen Substanz außer Gefecht setzten, konnten die Zellen unverändert ihre Chromosomen an die korrekten Positionen transportieren.

Was also bewegte die Chromosomen?

Die Forscher wiederholten das Experiment mit einer Substanz, die den zweiten Zellfasertyp ausschaltet: das Aktin. Prompt waren die Zellen außer Stande, den Weg ihrer Chromosomen zu verfolgen; es entstanden Zellen mit ungleichmäßig verteiltem Genmaterial. Diese so genannte Aneuploidie gilt als eine der Hauptursachen für Fehlgeburten und einige Geburtsfehler.

Nach anderthalbjähriger Arbeit und mit Unterstützung von Wissenschaftlern des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) hatte Lénárt eine bildgebende Technologie zur Sichtbarmachung der zarten Aktinfasern so weit optimiert, dass er den entscheidenden Durchbruch der Forschungsgruppe bestätigen konnte. Dort, wo die Kernmembran zerfällt, beobachtete er die Entstehung eines Netzwerks aus Aktinfilamenten. Wie ein Fischernetz fängt es sämtliche Chromosomen ein und führt sie den kurzen Mikrotubuli zu. Erst bei ausreichend kurzer Distanz können diese andocken und die Hälfte der Chromosomen aus der Zelle ziehen. Die Implikationen dieser Pioniersarbeit liegen auf der Hand. In vielem gleichen die Oozyten von Seesternen denen anderer Lebewesen, einschließlich des Menschen. Da in erster Linie dieser Mechanismus den Verlust von Chromosomen vor der Befruchtung verhindert, könnten uns weitere Erkenntnisse in diesem Bereich zu den Ursachen von Fehlgeburten und Geburtsfehlern führen.

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Quellenartikel:
P. Lénárt, C. Bacher, N. Daigle, A. Hand, R. Eils, M. Terasaki, J. Ellenberg. A contractile nuclear actin network drives chromosome congression in starfish oocytes. Nature. Advanced on-line publication July 13, 2005. DOI: 10.1038/nature03810.