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Ein Blick in die Zelle

Es gehört zu den Grundfunktionen des Lebens, dass sich Zellen teilen. Fehler bei der Zellteilung können aber – wie bei Tumoren – lebensgefährliche Konsequenzen haben. Der Regulation der Zellteilung kommt daher enorme Bedeutung zu. Diese komplexen Prozesse zu verstehen und weiter zu erhellen hat sich die Arbeitsgruppe um Prof. Stephan Geley von der Sektion für Molekulare Pathophysiologie am Biozentrum zur Aufgabe gemacht. Über ihre aktuellsten Ergebnisse berichteten sie unlängst im EMBO Journal.

Im Mittelpunkt der Arbeiten des kleinen Forschungsteams um Stephan Geley steht die Mitose, die Teilung des Zellkerns nach der erfolgten Verdoppelung der Chromosomen. Mit einer originellen Kombination von Ansätzen versucht die Gruppe, neue Details in diesem stark umkämpften Forschungsfeld zu finden. „Wir bewegen uns in einem sehr kompetitiven Umfeld“, erklärt Geley. „Es ist deshalb wichtig, methodisch ganz vorne mit dabei zu sein.“ Zu den Eckpfeilern der Arbeit gehören die Lebendzellmikroskopie und die noch sehr junge RNA Interferenz-Methode.

Funktionelle Genanalyse und Visualisierung

Die Teilung der Zellen wird über spezielle Proteine, die cyclinabhängigen Kinasen (CDK), gesteuert. Unterschiedliche Kinasen übernehmen dabei unterschiedliche Funktionen im Zellzyklus. So bereitet etwa der Cyclin B1/Cdk1-Kinasekomplex die eigentliche Trennung des Zellkerns vor. Um den Zellzyklus nicht zu unterbrechen, müssen die aktivierenden Untereinheiten dieses Kinasekomplexes (die Cycline) nach Erfüllung ihrer Aufgabe wieder inaktiviert werden, was durch regulierte Ubiquitin-abhängige Proteolyse erfolgt. Die Innsbrucker Forscher suchen nun Substrate, die durch diese steuernden Kinasen modifiziert werden und überprüfen dann, ob die Modifikation dieser Proteine auch in der lebenden Zelle beobachtet werden können und ob sie überhaupt einen Einfluss auf die Zellteilung haben. Über die RNA-Interferenz-Methode werden dazu einzelne Gene in der Zelle ein- und ausgeschaltet und die Folgen unter dem Fluoreszenzmikroskop untersucht.

Zellteilung verhindert

In der nun erschienenen Arbeit blockierten die Forscher den Abbau des Cyclin B1 während der Mitose. „Wir wollten wissen, welche Bedeutung die Inaktivierung der Kinase für die Zellteilung hat“, erklärt der Wissenschaftler. „Unter dem Mikroskop beobachteten wir etwas Erstaunliches: Obwohl das Cyclin B1 in unserem experimentellen System nicht abgebaut wird, teilen sich über 80 Prozent der Chromosomenpaare. Sie werden irgendwie aber weiterhin räumlich zusammengehalten.“ In weiteren Experimenten haben die Forscher das Ergebnis überprüft und festgestellt, dass zwei Mechanismen für dieses Verhalten nach der Teilung verantwortlich sind. „Zum einen zieht der Spindelapparat die Chromosomen weiterhin auseinander, zum anderen treibt sie der so genannte ‚Polarwind’ wieder aufeinander zu.“ Die hier wirkenden Kräfte sorgen dafür, dass die bereits getrennten Chromosomen räumlich nicht aufgeteilt werden können. Ein Abschluss der Zellteilung wird dadurch verhindert. Der Abbau des Cyclin B1 ist also für die eigentliche Trennung der Chromosomen nicht notwendig, für deren räumliche Trennung aber sehr wohl.

„Wir betreiben hier reine Grundlagenforschung“, so Prof. Geley, „unser Wissen könnte jedoch irgendwann dazu beitragen, dass Schlüsselmoleküle gefunden werden, mit denen diese Prozesse in der Zellteilung beeinflusst werden können.“ Diese Projekte an der von Prof. Reinhard Kofler geleiteten Sektion für Molekulare Pathophysiologie werden vom FWF und der Europäischen Union unterstützt.