Die kontrollierte Erzeugung von Mikrotubuli bestimmt die Größe von Mikrotubuli-Strukturen. Bild: MPI-CBG
Die Größe von Gewebe, Zellen und intrazellulären Strukturen ist stark reguliert, damit deren Funktionalität gewährleistet werden kann. Die mitotische Spindel, eine komplexe Proteinmaschine, die für die Trennung von Chromosomen während der Zellteilung verantwortlich ist, ist ein klassisches Beispiel für diese Regulierung. Kleinere Zellen haben kleinere Spindeln als größere Zellen im selben Organismus. Dies gilt jedoch nicht für sehr große Zellen: während der ersten Zellteilungen nach der Befruchtung im Embryo - wenn die Zellen noch sehr groß sind - erreicht die Größe der Spindel eine Obergrenze.
Aber wie regulieren Zellen ihre Spindelgröße? Die Hauptbausteine einer Spindel sind dynamische Fasern, die Mikrotubuli genannt werden. Diese Fasern halten nur etwa zehn Sekunden, während die Gesamtstruktur der Spindel stundenlang erhalten bleiben kann. Daher müssen ständig neue Mikrotubuli produziert werden, um die Struktur der Spindel aufrecht zu erhalten. Dieser Vorgang wird als Mikrotubuli-Nukleation bezeichnet. Die zugrundeliegenden Mechanismen der Mikrotubuli-Bildung sind jedoch bisher nur unzureichend verstanden worden.
Die Forschungsgruppe um Jan Brugués am Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik Dresden und am Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme hat nun eine Methode entwickelt, um Mikrotubuli-Nukleationsereignisse in Spindeln in isolierten Zellextrakten des afrikanischen Krallenfrosches Xenopus laevis zu messen. Jan Brugués und sein Team haben mit Hilfe von theoretischen Analysen und quantitativer Mikroskopie gezeigt, dass die Größe einer Spindel durch selbstverstärktes Wachstum von Mikrotubuli gesteuert wird. Dieses Wachstum wird durch eine begrenzte Menge von Molekuelen/Substanzen/Stoffen reguliert, die nur an der DNA produziert werden und die die Mikrotubuli-Nukleation induzieren. Mit diesen Ergebnissen hat die Brugués-Gruppe einen Mechanismus gefunden, der eine Obergrenze für die Spindelgröße in sehr großen Zellen setzt.
Franziska Decker, die führende Autorin des kürzlich in eLife erschienenen Artikels, sagt dazu: "Diese Erkenntnisse helfen uns zu verstehen, wie biologisches Gewebe aus dynamischen und kurzlebigen Bestandteilen aufgebaut wird." Jan Brugués, der auch Mitglied des benachbarten Zentrums für Systembiologie Dresden (CSBD) ist, fügt hinzu: "Wir hoffen, dass diese Ergebnisse dazu beitragen den Aufbau und die Steuerung von Zellstrukturen während der Embryonalentwicklung besser zu verstehen."
[Translate to Deutsch:] Franziska Decker, David Oriola, Benjamin Dalton, Jan Brugués: Autocatalytic microtubule nucleation determines the size and mass of Xenopus laevis egg extract spindles, eLife, 11 January 2018