Chromosomen-Taue tänzeln zum Ziel

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Chromosomen ordnen sich während der Zellteilung in der Mitte der Zelle an (blau). Mikrotubuli (grün) docken an bestimmten Ankerpunkten der Chromosomen an und ziehen sie zu den Polen. Quelle: MPI für Biochemie / E. Nigg-Martignoni, P. Meraldi

02.01.2013  - 

Im Laufe der Zellteilung teilt sich jedes Chromosom in zwei identische Hälften, die in die beiden entstehenden Tochterzellen gezogen werden. Für die Aufteilung der Chromosomen sorgen fadenförmige Proteine, die sogenannten Mikrotubuli. Wie die Mikrotubuli den Kontakt mit den Zentren der Chromosomen ausbilden, haben Forscher um Iva Tolic-Nørrelykke vom Max-Planck-Institut für Zellbiologie und Genetik in Dresden nun erstmals detailliert unter dem Mikroskop beobachtet. Ergebnis: Die Mikrotubuli wachsen anders als bisher angenommen nicht direkt auf ihr Ziel zu, sondern schlängeln sich in einer rein temperaturabhängigen Drehbewegung um die Chromosomenzentren herum, bis sie diese zu fassen bekommen. Die Forscher berichten im Fachjournal Nature Cell Biology (2012, Online-Vorabveröffentlichung).

Wenn sich eine tierische oder pflanzliche Zelle teilt, ordnet sie ihre X-förmigen Chromosomen in Reih und Glied in der Mitte der Zelle an. Ausgehend von den beiden Zellpolen verbinden sich die Mikrotubuli mit einem speziellen Proteinkomplex auf den Chromosomen, dem Kinetochor. Nachdem die Chromosomen kopiert und damit verdoppelt wurden, können die Kopien entlang der Mikrotubuli in die beiden Tochterzellen wandern.  Wie es die Mikrotubuli allerdings schaffen, die Kinetochore der Chromosomen zu finden, ist im Detail noch nicht bekannt.

Die Wissenschaftler haben die sogenannten Kinetochore (magenta) und die Mikrotubuli (grün) eingefärbt. Damit konnten sie beobachten, wie sie sich während der Zellteilung bewegen.Quelle: Iva M. Tolic-Nørrelykke / MPI für Zellbiologie und Genetik

Zellteilung bei der Spalthefe untersucht

Ein internationales Forscherteam, an dem auch Wissenschaftler der Dresdner Max-Planck Institute für Zellbiologie und Genetik sowie der Physik komplexer Systeme beteiligt waren, hat diesen Prozess jetzt am Beispiel der Spalthefe untersucht und dabei sprichwörtlich Bewegendes beobachtet: Die freien Enden der Proteinfäden, so die Erkenntnis der Forscher, schlängeln sich so lange im Kreis um die Chromosomen herum, bis sie die Kinetochore gefunden haben, mit denen sie sich dann verbinden.

Um dies zu untersuchen, kühlten die Wissenschaftler die Zellen der Spalthefe während der entscheidenden Phase der Zellteilung, in der die Mikrotubuli die Chromosomen zu greifen bekommen, auf zwei Grad ab. Bei dieser Temperatur zerfallen die Mikrotubuli in ihre Einzelbausteine. Anschließend erhitzten die Forscher die Zellen wieder auf Raumtemperatur, so dass sich die Proteinfäden erneut ausbildeten und langsam wieder Kontakt zu den Zentren der Chromosomen aufnahmen.

Diesen Prozess dokumentierten die Biologen, indem sie die Position der grün markierten Mikrotubuli gegenüber der ebenfalls farbmarkierten Kinetochore alle zwei Sekunden fotografierten. Auf diesen Aufnahmen konnten die Wissenschaftler erkennen, dass sich die Mikrotubuli um die Kinetochore herum drehten.

Widerspruch zu einem Dogma der Zellbiologie

Diese Erkenntnis widerspricht einem langjährigen Dogma innerhalb der Zellbiologie: So waren die Wissenschaftler bisher davon ausgegangen, dass die Mikrotubuli direkt auf die Kinetochore zuwachsen, um den Kontakt auszubilden. Dass dieses Bild so lange niemand in Frage gestellt hat, erklärt sich Iva Tolic-Nørrelykke, die Leiterin der aktuellen Studie, so: „Auf die Bewegung der Mikrotubuli hat bisher wohl noch keiner so richtig geachtet. Aus diesem Grund ist einfach jeder davon ausgegangen, dass die alte Vorstellung der Realität entspricht. Außerdem handelt es sich dabei nur um sehr geringe Bewegungen, deren Nachweis zeitlich wie räumlich hoch auflösende Mikroskopieverfahren erfordert.“

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