Neueste Erkenntnisse zum Grundgerüst der Zelle

Wissenschaftler der Freien Universität verbessern Methode zur Abbildung der Organisation des Zellskeletts

Nr. 245/2015 vom 11.08.2015

Wissenschaftler der Freien Universität Berlin und der niederländischen Universität Utrecht haben eine Methode zur Abbildung des Aufbaus des Zellskeletts entwickelt. Das Zell- oder Zytoskelett ist das Grundgerüst jeder Zelle des Körpers. Den Forschern um Helge Ewers, Professor für Membranbiochemie an der Freien Universität und Lukas Kapitein aus Utrecht, gelang es, sogenannte Mikrotubuli mithilfe der Lichtmikroskopie in zuvor unerreichter Präzision aufzulösen und ihre Anordnung zu untersuchen. Die Mikrotubuli – Zusammenschlüsse kleiner Untereinheiten des Zellskeletts – sind besonders wichtig für den Prozess der Zellteilung und für die Weiterleitung von Nervensignalen im Gehirn. Im Zytoskelett bilden sie komplexe Strukturen in Bündeln in denen sie sich nach den neuesten Messungen der Wissenschaftler bis auf wenige Milliardstel Meter nahekommen. Die Erkenntnisse der Forschergruppe, die in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht wurden, können unter anderem bei der Entwicklung von Krebsmedikamenten helfen.

Die Anordnung der das Zellskelett bildenden Mikrotubuli und weiterer dynamischer Proteinpolymere wie Aktin und intermediärer Filamente bestimmt, welche Form eine Zelle annimmt und wie ihre Logistik organisiert ist. Besonders die bis zu meterlangen haarfeinen Fortsätze der Nervenzellen, die Signale zwischen unterschiedlichen Bereichen des Gehirns und anderer Körperteile senden, enthalten dicht gebündelte Mikrotubuli. Der Mechanismus des Bündelns ist wichtig für das Wachstum neuer und verletzter Nervenfortsätze und wird daher seit Jahren intensiv erforscht. Bisher war es nur mit sehr zeitaufwendigen Techniken – etwa der seriellen Schnitttechnik – möglich, diesen Mechanismus zu untersuchen. Daher beruhen heutige Kenntnisse nur auf wenigen Zellen; systematische funktionelle Untersuchungen waren bisher fast unmöglich. Die von Ewers‘ Forschergruppe beschriebene Methode der optischen Mikroskopie beschleunigt die Messungen rasant.

Die Wissenschaftler entwickelten eine nanoskopisch kleine Sonde, die auf Antikörpern von Lamas basiert. Lama-antikörper binden nur mit einer viel kleineren Domäne an Ihr Ziel als die der meisten anderen Tiere, inklusive des Menschen. Aus diesen Domänen können Sonden entwickelt werden, die es ermöglichen, direkt an den Mikrotubuli eine Mikroskopiefärbung vorzunehmen. Dadurch erhöht sich die Rasterung der hochauflösenden Mikroskopie – für die die Physiker Eric Betzig, Stefan Hell und W. E. Moerner 2014 den Nobelpreis erhielten – um einige entscheidende Nanometer. Ewers und seine Mitarbeiter wollen mittels dieser und weiterer neuentwickelter Sonden die Organisation des Zellskeletts systematisch erforschen.

Der Biochemiker Helge Ewers hat 2014 den Ruf der Freien Universität Berlin für eine Professur in Membranbiochemie angenommen. Im November 2014 nahm seine Forschungsgruppe am Institut für Biochemie und Chemie die Arbeit auf. Die Wissenschaftler in der AG Ewers untersuchen die Organisation der Proteine menschlicher Zellen in komplexen Funktionseinheiten wie Synapsen. Ihr Forschungsschwerpunkt ist die Frage, wie aus den relativ wenigen Proteinen, die unser Genom kodiert, Millionen von unterschiedlichen Zellstrukturen konstruiert werden können. Um einer Lösung auf die Spur zu kommen, kombinieren sie hochauflösende Mikroskopiemethoden mit computerbasierter Bildanalyse.

Pressefoto

Ein Zytoskelett, aufgenommen mit der von der AG Ewers entwickelten Methode.

Das Bild steht Medienvertretern zum Download zur Verfügung und ist bei Verwendung im Kontext der Pressemitteilung und Angabe der Quelle „AG Ewers der Freien Universität“ honorarfrei.

Weitere Informationen

Die Publikation

Marina Mikhaylova, Bas M. C. Cloin, Kieran Finan, Robert van den Berg, Jalmar Teeuw, Marta M. Kijanka, Mikolaj Sokolowski, Eugene A. Katrukha, Manuel Maidorn, Felipe Opazo, Sandrine Moutel, Marylin Vantard, Frank Perez, Paul M.P. van Bergen en Henegouwen, Casper C. Hoogenraad, Helge Ewers*, Lukas C. Kapitein* (2015): „Resolving bundled microtubules using anti-tubulin nanobodies“, in: Nature Communications: www.nature.com/ncomms/2015/150811/ncomms8933/full/ncomms8933.html (doi: 10.1038/ncomms8933)

Kontakt

Prof. Dr. Helge Ewers, Institut für Biochemie und Chemie der Freien Universität Berlin, Telefon: 030 / 838-60644, E-Mail: helge.ewers@fu-berlin.de

Im Internet

Informationen zur Forschung der AG Ewers: www.bcp.fu-berlin.de/chemie/biochemie/ag/agewers/research