Ein kleiner Sprung für die Raumfahrt - KOPS - Universität Konstanz

Neue Publikationen
20 48|2012
In doppelter Funktion
Biologen der Universität Konstanz konnten die Regulation eines
grundlegenden Zellzyklus klären
Der Biologe Prof. Dr. Thomas Mayer interessiert sich für
die komplexe Regulation der Zellteilung. Für diese Untersuchungen
verwendet er die Eier des Krallenfroschs Xenopus
laevis. Bereits während seiner Forschungstätigkeit am
Max-Planck-Institut für Biochemie in München gelang es
Thomas Mayer, mit der Entdeckung des Proteins XErp1 ein
seit langer Zeit bestehendes Rätsel zur Regulation der Zellteilung
in Eizellen zu lösen. Nun hat er in seiner Arbeitsgruppe
für Molekulare Genetik an der Universität Konstanz
einen weiteren Beleg für die essenzielle Funktion des
XErp1-Proteins gefunden: Es reguliert die embryonalen
Zellteilungszyklen zwei bis zwölf, die sehr schnell und synchron
ablaufen. Eine grundlegende Funktion angesichts
der Tatsache, dass die Überlebensfähigkeit jedes Organismus
davon abhängt, dass in jeder Phase der Teilung das
Genom exakt und fehlerlos auf die Tochterzellen aufgeteilt
wird. Die Ergebnisse sind in der September-Ausgabe des
Wissenschaftsjournals »Science« nachzulesen.
Am Anfang der Entwicklung
eines jeden Säugetiers steht
die Zygote, die befruchtete Eizelle.
Nachdem die weibliche
und männliche DNA in der Zygote
miteinander verschmolzen
sind, durchlaufen die Embryonen
zahlreiche Zellteilungsrunden,
in denen die DNA zuerst exakt kopiert wird,
um sie anschließend auf die neu entstehenden Tochterzellen
aufzuteilen. Vorausgesetzt, dass all diese komplexen
Vorgänge fehlerfrei ablaufen, entwickelt sich aus der
Zygote ein intakter Organismus.
Die reifen Xenopus-Eier – riesige Zellen mit einem
Durchmesser von ungefähr einem Millimeter – haben mit
denen des Menschen gemeinsam, dass ihre Teilung den
zweiten Schritt der Meiose nicht ganz durchläuft, sondern
kurz zuvor angehalten wird. In diesem Zustand warten sie
darauf, befruchtet zu werden. In seinen früheren Untersuchungen
konnte Thomas Mayer bereits nachweisen, dass
das Protein XErp1 für die Arretierung der Zellteilung in
Innerhalb einer sehr kurzen Zeit
muss ein intakter Embryo hergestellt
werden. Wenn dies schiefgeht,
folgt der aktive Zelltod.
reifen Xenopus-Eiern verantwortlich ist. Wird die Eizelle
schließlich befruchtet, verschwindet das XErp1-Protein
sehr schnell – um nach dem ersten, längeren Zellzyklus,
in dem die weibliche und männliche DNA verschmelzen,
wieder aufzutauchen. Weshalb es sich in den Teilungsphasen
zwei bis zwölf wieder bildet, war bislang nicht bekannt.
Frühere Veröffentlichungen gingen davon aus, dass
XErp1 bei diesen Zellteilungen keine Rolle spielt. Eine Hypothese,
die in der Konstanzer Arbeitsgruppe von Thomas
Mayer stark angezweifelt wurde.
Was passiert, wenn das Protein XErp1 bei diesen elf
schnellen Zellteilungen nicht mehr anwesend ist? Diese
Frage bildete den Ausgangspunkt der Forschung in der Arbeitsgruppe
für Molekulare Genetik. »Dazu haben wir Xenopus-Embryonen
kurze RNA-Stücke injiziert, die verhindern,
dass das XErp1-Protein wieder akkumulieren kann.
Dann haben wir uns angeschaut, ob sich die Xenopus-
Embryonen in dessen Abwesenheit normal entwickeln«,
beschreibt Thomas Mayer das
experimentelle Vorgehen. Auf
diese Weise konnte gezeigt
werden, dass XErp1 essenziell
ist für die Entwicklung der
Xenopus-Embryonen. Ist es in
dieser Phase der Zellteilung
nicht vorhanden, begehen die
Embryonen Apoptose – sie sterben den aktiven Zelltod.
»Es geht hier darum, innerhalb einer sehr kurzen Zeit
einen intakten Embryo herzustellen. Wenn es schiefgeht,
folgt die Apoptose«, erklärt der Biologe den Sinn dieses
Vorgangs. Die Antwort war somit klar: Das Protein XErp1
taucht nach der ersten langsameren Zellteilung wieder
auf, um die elf darauffolgenden schnellen Zellteilungen
zu regulieren.
Es sorgt dafür, dass die Aufteilung der DNA während
der frühen embryonalen Zellteilungen korrekt abläuft. Zu
diesem Zweck inhibiert XErp1 den »Anaphase promoting
complex« (APC), eine Ubiquitin-Ligase, deren Aktivität für
den bei der Zellteilung wichtigen Übergang zwischen Me-
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