Molekulare Staufallen

Wie intrazellulärer Transport reibungslos läuft

Kinesin-Motoren bewegen sich zügig auf einem Mikrotubulus nach rechts und bringen dort den Verkehr zum Erliegen, da sie sich nicht schnell genug vom Ende des Mikrotubulus lösen. Die untere Abbildung zeigt das Abbremsen von Motoren im Experiment: Einzelne Moleküle (grün) gehen in die Staufalle aus rot gefärbten Motoren und verlangsamen ihre Bewegung.

Motorproteine wie etwa Kinesin nutzen Mikrotubuli als Schienen und können so ihre Fracht schnell und zuverlässig durch die gesamte Zelle transportieren – obwohl es im Zellinnenraum nur so wuselt und auch extrem eng zugeht. Warum bilden sich dabei trotzdem keine Staus, warum kommt der Verkehr in der Zelle nicht zum Erliegen? Das wollte ein Team um den Gruppenleiter und Direktor Jonathon Howard vom MPI-CBG und Stefan Diez am B CUBE der Technischen Universität Dresden verstehen. Dazu haben sie molekulare Motoren auf manipulierten Oberflächen bewusst in Staufallen geschickt. Die Ergebnisse der Experimente und Simulationen geben nun Aufschluss darüber, unter welchen Bedingungen sich Staus bilden oder nicht.

Es läuft in der Zelle wie auf der normalen Autobahn: Sobald die Dichte der Transportproteine einen kritischen Wert überschreitet, stockt der Verkehr. Auch bildet sich ein Stau am Ende derTransportbahnen, wenn sich die Motoren nicht schnell genug von den Mikrotubuli ablösen. Die Eigenschaften der Motorprotein-Familie Kinesin scheint eine Antwort der Evolution auf dieses Problem zu sein: Sie bewegen sich relativ langsam, verlassen die Enden der Mikrotubuli aber extrem schnell – und damit verhindern sie das Auftreten eines Staus in der Zelle.