Wie Zellen ihr Skelett bilden
Zellen benötigen für viele wichtige Prozesse wie Zellteilung und zelluläre Transportvorgänge strukturgebende Filamente, sogenannte Mikrotubuli. Ein Forscher-Team unter Federführung von Wissenschaftlern der Universität Heidelberg hat nun herausgefunden, wie die spiralförmigen, modular aufgebauten Mikrotubuli entstehen und wie ihre Entstehung gesteuert wird. Sichtbar gemacht wurden diese Prozesse mit der hochmodernen Kryo-Elektronenmikroskopie (cryo-EM).
„Um Mikrotubuli aus ihren Einzelteilen herstellen zu können, bedienen sich die Zellen struktureller Vorlagen, die eine Schicht der Mikrotubuli-Helix nachahmen und als Startpunkt für die neu zu bildenden Mikrotubuli dienen können“, erläutert Dr. Stefan Pfeffer, Nachwuchsgruppenleiter am Zentrum für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg (ZMBH). In menschlichen Zellen übernimmt der Gamma-Tubulin-Ring-Komplex (γ‑TuRC) diese Rolle als strukturelle Vorlage. Um dessen Einfluss auf die Entstehung der Mikrotubuli genauer zu verstehen, haben die Wissenschaftler mithilfe der cryo-EM die Struktur des γ‑TuRC bei molekularer Auflösung bestimmt. Die Studie zeigt im Detail, wie der γ‑TuRC aufgebaut ist und wie die etwa 30 verschiedenen Komponenten, die ihn ausmachen, zusammenfinden. Damit wird auch deutlich, auf welche Weise die Neubildung von Mikrotubuli am γ‑TuRC durch eine simple Änderung des Ringdurchmessers schnell reguliert werden kann.
„Insbesondere die Aktivierung des γ‑TuRC ist essentiell für eine effiziente und zuverlässige Teilung des Erbguts während der Zellteilung. Da die Anzahl der Mikrotubuli in Krebszellen verändert ist und zum aggressiven Verhalten von Tumoren beiträgt, sind die Erkenntnisse auch für die Krebsforschung von Bedeutung“, betont Prof. Dr. Elmar Schiebel, Forschungsgruppenleiter am ZMBH und gemeinsam mit Dr. Pfeffer korrespondierender Autor der Studie. Als einen nächsten Schritt planen die Wissenschaftler, Substanzen zu finden, mit denen die Mikrotubuli bildende Aktivität des γ‑TuRC blockiert werden kann. Ziel wäre die Etablierung eines neuen Wirkprinzips für die Hemmung der Zellteilung, eine mögliche Anwendung sehen die Forscher in der Tumortherapie.
Beteiligt an der Studie waren auch Wissenschaftler der Universitäten Bochum und Bonn sowie der Charité – Universitätsmedizin Berlin. Veröffentlicht wurden die Forschungsergebnisse in der Fachzeitschrift „Nature“.
Textquelle: Marietta Fuhrmann-Koch / Universität Heidelberg
Fotonachweis: Cryo-EM-Struktur der γ‑TuRC Spirale. Die verschiedenen Bestandteile des Komplexes wurden unterschiedlich eingefärbt. Abbildung: Pfeffer & Schiebel, ZMBH
Originalpublikation: P. Liu, E. Zupa, A. Neuner, A. Böhler, J. Loerke, D. Flemming, T. Ruppert, T. Rudack, C. Peter, C. Spahn, O. J. Gruss, S. Pfeffer & E. Schiebel: Insights into assembly and activation of the microtubule nucleator γ‑TuRC (doi: 10.1038/s41586-019‑1896‑6)