Neue Studie enthüllt Selbstkorrekturmechanismen bei fehlerhafter Zellteilung
Zellen sind in der Lage, Aneuploidie zu korrigieren. Die Aneuploidie ist ein Fehler bei der Gen-Replikation, bei der die notwendige Chromosomenzahl entweder über- oder unterschritten wird. Je nachdem, bei welchen Zellen beziehungsweise Genomen der Defekt auftritt, sind Embryonen nicht lebensfähig oder kranke, Krebszellen, entstehen und vermehren sich.
An der Amherst-Universität in Massachusetts, USA, führte ein Team von Zellbiologen unter Thomas Maresca eine Untersuchung durch, um die Mechanismen bei der Fehlsteuerung und Korrektur der Zellteilung besser zu verstehen.
Zellen verfügen über eine Korrekturfunktion, die hilft, Fehler bei der Zellteilung in einem frühen Stadium zu verhindern, also Defekte wie falsche Chromosomenverteilung oder Aneuploidie. Insbesondere die Aneuploidie ist vermutlich verantwortlich für die Tumorentstehung und das Tumorwachstum in bestimmten Zellen. Auch bei der Entwicklung von Embryonen können solche genetischen Defekte etwa das Down-Syndrom auslösen, wenn es in den über das Geschlecht entscheidenden Zellen stattfindet.
Erstmals enthüllte die Studie unter Maresca die Rolle eines Enzyms namens Aurora A Kinase (AAK) bei Korrekturprozessen. Ebenso bedeutsam ist die Position des jeweiligen Chromosoms und wie sich dies auf den Zellteilungsprozess auswirkt.
Maresca erklärt den Prozess: Wenn eine Zelle sich auf die Zellteilung vorbereitet, durchläuft sie mehrere Stadien, um sicherzugehen, dass jedes replizierte Chromosom sich sorgfältig für sich abtrennt – je eine Kopie eines Chromosoms bewegt sich zu unterschiedlichen Zell-Polen, um hier Teil unterschiedlicher Tochter-Zellen zu werden.
Als Kinetochor oder Zentromer wird eine komplexe Protein- und DNA-Struktur bezeichnet, an die bei Zellteilungsvorgängen der sogenannte Spindelapparat ansetzt – dessen Fasern, auch Mikrotubuli genannt, docken hier an und die eigentliche schrittweise Zellteilung beginnt. Eine Art „Spindel“ fungiert nun wie ein Richter im Boxring, der zwei Kontrahenten trennen muss. Jedes replizierte Chromosom reiht sich entsprechend auf, während die Spindel jeweils Kopien der einzelnen Abschnitte ordnet, bevor sich die Zelle endgültig in zwei neue Tochter-Zellen teilt.
Dieser Prozess läuft nicht immer problemlos ab. Gelegentlich schließen sich die Mikrotubuli an den falschen Polen oder Enden des Kinetochors an – dann kommt es zur Aneuploidie, die Chromosomen werden in falscher Anzahl angeordnet.
Krebszellen entstehen häufig auf diese Weise, und wenn diese Fehler bei der Zellteilung nach der Befruchtung einer Eizelle auftreten, ist der Embryo möglicherweise nicht lebensfähig oder entwickelt sich unzulänglich.
Allerdings kommt auch ein Korrekturprozess in Gang – dabei werden Mikrotubuli vom Kinetochor getrennt und der Teilungsprozess startet von neuem. Einer der wichtigsten Regulatoren dieses Vorgangs, die Aurora B Kinase (ABK) modifiziert biochemische Substrate und andere Proteine, die die Proteine des Kinetochors zwingt, die „falschen“ Mikrotubuli wieder freizugeben.
Ein naher Verwandter der ABK, AAK, ist in hoher Konzentration an den Polen der „Spindel“ zu finden, doch bislang war ihre Funktion noch unbekannt. AAK, so wurde erst jetzt erkannt, unterbricht die Interaktionen zwischen dem Kinetochor und den Mikrotubuli der Spindel.
Für die Untersuchung verwendete das Team Zellen einer Fliegenart, der Drosophila. Bei Zusammenarbeit mit einem Labor in Virginia konnte der gleiche Prozess aber auch bei Säugetierzellen beobachtet werden, die sich von den Vorgängen in den Zellen der Fruchtfliege nicht unterschieden. Kollegen von einem Institut für Zellbiologie in Edinburgh, UK, haben Beweise für gleiche Abläufe in menschlichen Zellen aus Gewebekulturen.
Erste Hinweise über diese Mechanismen sind bereits seit 10 Jahren bekannt, doch die Zusammenhänge kamen erst jetzt zu Tage.
