Forschungsteam rekonstruiert Antriebs-Proteine in Zilien: Unterwegs auf dem molekularen Highway

Neues aus der Forschung

Forschungsteam rekonstruiert Antriebs-Proteine in Zilien: Unterwegs auf dem molekularen Highway

Meldung vom 05.07.2018

Kaum jemand kennt sie, und doch brauchen alle Lebewesen sie zum Überleben: Zilien, Ausstülpungen von Zellen. Dem Spermium erlauben sie die Fortbewegung, als Flimmerhärchen schützen sie die Lunge und im Embryo sind sie entscheidend an der Differenzierung der Organe beteiligt. Ein Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM) konnte jetzt einen Protein-Komplex nachbauen, der für den Transport innerhalb der Zilien verantwortlich ist und damit einen entscheidenden Einfluss auf das Funktionieren der Zilien hat.


180710-1839_medium.jpg
 
Dr. Zeynep Ökten und Mitautor Willi L. Stepp am Fluoreszenzmikroskop.
Mohamed A. A. Mohamed, Willi L. Stepp and Zeynep Ökten
Reconstitution reveals motor activation for intraflagellar transport
Nature, vol. 557, p 387–391 (2018)
DOI: 10.1038/s41586-018-0105-3


Geißeltierchen brauchen sie, um sich fortzubewegen, Fadenwürmer um Futter zu finden, Spermien, um eine Eizelle anzusteuern: Zilien. Die Ausstülpungen eukaryonter Zellen sind sogar dafür verantwortlich, dass der Mensch das Herz am rechten Fleck hat – während sich der Fötus entwickelt, steuern die Zilien die Anlage der Organe. „Die Multifunktionalität ist absolut faszinierend“, sagt Dr. Zeynep Ökten, Biophysikerin am Physik-Department der Technischen Universität München (TUM).

Die Bedeutung der Zilien sowohl für die Signalübertragung als auch für die Bewegung von Zellen wurde erst in den letzten Jahren erkannt. „Bis heute wissen wir nur sehr wenig darüber, welche biochemischen Prozesse die verschiedenen Funktionen steuern. Umso wichtiger ist es, die grundlegenden Mechanismen zu verstehen“, betont die Wissenschaftlerin.


 
Motorproteine (grün) bewegen sich entlang der Mikrotubuli (rot) wie auf Straßen.

Grüne Punkte im Visier

Die Wissenschaftlerin hält ein Glasplättchen mit dünnen, flüssigkeitsgefüllten Kapillaren ans Licht. Zu sehen ist nichts – die Flüssigkeit ist transparent und klar. Erst unterm Fluoreszenz-Mikroskop erkennt man die Bewegung der mit grünem Farbstoff markierten Verbindungen: Rote Punkte streben in eine Richtung.

Wie auf einer Straße wandern die Transport-Proteine auch durch die dünnen Kanäle der Zilien. Doch wie diese Motoren gestartet werden, war bisher nicht bekannt. Zusammen mit ihrem Team hat Zeynep Oekten daher den Protein-Komplex rekonstruiert.

Bottom-up statt top-down

Die Bausteine des Protein-Komplexes stammen aus dem Modellorganismus des Fadenwurms Caenorhabditis elegans. Der findet mit Hilfe seiner Zilien Futter und wittert Gefahren. Die Biologen haben bereits Dutzende von Proteinen identifiziert, welche die Funktion der Zilien des Fadenwurms beeinflussen.



„Der klassische Top-down-Ansatz stößt hier an seine Grenzen, weil zu viele Bausteine beteiligt sind“, erklärt Ökten. „Um den Intra-Flagellaren Transport, kurz IFT, zu verstehen, sind wir daher den umgekehrten Weg gegangen und haben, Bottom-up, einzelne Proteine und ihre Wechselwirkungen untersucht.

Nadel im Protein-Heuhaufen

Die Arbeit glich der sprichwörtlichen Suche nach der Nadel im Heuhaufen. Es gab eine Vielzahl von Molekülverbindungen, die in Frage kamen. Nach monatelangem Experimentieren stießen die Forscher auf eine Minimalkombination aus vier Proteinen. Sobald sich diese Proteine zu einem Komplex zusammenschließen, beginnen sie durch die Kapillaren des Probenträgers zu wandern.

„Als wir die Aufnahmen des Fluoreszenz-Mikroskops sahen, wussten wir: Jetzt haben wir die Puzzlesteine gefunden, die den Motor starten“, erinnert sich Ökten. „Steht auch nur eine Komponente, beispielsweise aufgrund eines genetischen Defekts nicht zur Verfügung, so versagt die Maschinerie – was sich aufgrund der Wichtigkeit der Zilien in einer langen Liste schwerer Krankheiten wiederspiegelt.“


Diese Newsmeldung wurde erstellt mit Materialien von idw


News der letzten 7 Tage

www.biologie-seite.de 14 Meldungen

Meldung vom 17.05.2019

Echoortung von Fledermäusen - Exzellente Navigation mit wenig Information

LMU-Forscher widerlegen bisherige Annahmen über die Echoortung: Fledermäuse haben deutlich weniger räumlich ...

Meldung vom 17.05.2019

Neues Petersilien-Virus von Braunschweiger Forschern entdeckt space

Neues Petersilien-Virus kommt im Raum Braunschweig und anderen Teilen Deutschlands vor.

Meldung vom 16.05.2019

Bettgenosse gesucht: Wer war der erste Wirt der Bettwanzen

Ein internationales Team von Wissenschaftlern unter der kooperativen Leitung des TUD Biologen Prof. Klaus Rein ...

Meldung vom 15.05.2019

Schimpansen graben mit Werkzeugen nach Futter

Forschungsteam filmt im Zoo erstmals, wie die Menschenaffen vorgehen, um an vergrabene Leckereien zu kommen.

Meldung vom 15.05.2019

Übersatte Bakterien machen den Menschen krank

SFB 1182-Forschungsteam schlägt in einer neuen Hypothese vor, dass Entzündungskrankheiten durch ein Nahrungs ...

Meldung vom 15.05.2019

Große Fragen zur Rolle mikroskopischen Lebens für unsere Zukunft

Wie Mikroorganismen die dynamische Entwicklung unserer Erde beeinflussen.

Meldung vom 15.05.2019

Wälder tragen weniger zum Klimaschutz bei als vermutet

Eine Studie mit Beteiligung der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL könnte ein Dämp ...

Meldung vom 15.05.2019

Ausgezirpt - Drastischer Biomasseverlust bei Zikaden in Deutschland

In der April- Ausgabe der vom Bundesamt für Naturschutz herausgegebenen Zeitschrift „Natur und Landschaft ...

Meldung vom 14.05.2019

Relaisstation im Gehirn steuert unsere Bewegungen

Die Relaisstation des Gehirns, die Substantia nigra, beherbergt verschiedene Arten von Nervenzellen und ist f ...

Meldung vom 14.05.2019

Archaeopteryx bekommt Gesellschaft

Forscher der Bayerischen Staatssammlung für Paläontologie und Geologie (SNSB-BSPG) sowie der LMU München be ...

Meldung vom 14.05.2019

Geschlechtsreife Aale bauen ihre Knochen ab

Um zu ihren Fortpflanzungsgebieten zu gelangen, schwimmen Europäische Aale mehrere Tausend Kilometer auf die ...

Meldung vom 13.05.2019

Universität Stuttgart benennt neue Bärtierchen-Art: Milnesium inceptum entdeckt

Eine neue Bärtierchen-Art wurde von Dr. Ralph Schill vom Institut für Biomaterialien und biomolekulare Syste ...

Meldung vom 13.05.2019

Anglerinnen und Angler sorgen für Fischartenvielfalt im Baggersee

Forschende des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) haben zusammen mit Fischere ...

Meldung vom 09.05.2019

Wie Stammzellen ein Gehirn korrekter Größe und Zusammensetzung bauen

Im Laufe der Gehirnentwicklung erzeugen Stammzellen unterschiedliche Typen von Neuronen zu unterschiedlichen Z ...


03.05.2019
Eine Frage der Zeit
24.04.2019
Kraftwerk ohne DNA

06.03.2019
Bindung mit Folgen
16.01.2019
Plötzlich gealtert

19.12.2018
Baum der Schrecken
07.11.2018
Plastik im Fisch
28.09.2018
Gestresste Pflanzen

13.08.2018
Wie Vögel lernen

15.06.2018
Primaten in Gefahr
24.05.2018
Störche im Aufwind
10.07.2018
Kenne Deinen Fisch!
10.07.2018
Leben ohne Altern
10.07.2018
Lebensraum Käse
10.07.2018
Domino im Urwald
10.07.2018
Trend-Hobby Imker
10.07.2018
Wie Bienen riechen

Newsletter

Neues aus der Forschung