Forschende der Brugués-Gruppe am Exzellenzcluster Physics of Life der Technischen Universität Dresden haben einen neuen Mechanismus der Zellteilung entdeckt. In frühen embryonalen Zellen von Zebrabärblingen teilen sich Zellen trotz eines offenen, nicht vollständig geschlossenen kontraktilen Rings aus Aktin. Dieser als mechanische Ratsche bezeichnete Prozess stellt die bisherige Lehrbuchvorstellung der Zytokinese infrage.

Der klassische Mechanismus der Zellteilung basiert auf einem vollständigen, kontrahierenden Ring aus Aktin und Myosin, der die Zelle abschnürt. Bei eierlegenden Arten mit großen, dotterreichen Zellen – wie Zebrabärblingen, Haien, Vögeln oder Reptilien – kann ein solcher Ring aufgrund der Zellgröße und des Dotters geometrisch nicht geschlossen werden. Bisher war unklar, wie die Teilung dennoch erfolgt.

Das Team untersuchte Zebrabärbling-Embryonen mit großen, dotterreichen Zellen und schnellen Zellzyklen. Präzise Laserschnitte am Aktinband zeigten, dass das Band trotz Unterbrechung weiter einschnürt. Verankerungspunkte sind entlang des gesamten Bandes verteilt. Mikrotubuli stabilisieren das Band mechanisch und signalgebend.

Störungen der Mikrotubuli durch Depolymerisation oder physikalische Hindernisse führten zum Kollaps des Aktinbands. In der Interphase des Zellzyklus versteifen Mikrotubuli-Aster das Zytoplasma und verankern das Band. In der mitotischen Phase wird das Zytoplasma flüssiger, was die Einschnürung ermöglicht.

Während der M-Phase ist das Band instabil und zieht sich teilweise zurück, kollabiert jedoch nicht vollständig. Die schnellen Zellzyklen retten diesen Zustand: In der nächsten Interphase versteift das Zytoplasma erneut, stabilisiert das Band und ermöglicht weitere Einschnürung in der folgenden flüssigen Phase. Dieser zyklische Wechsel aus Stabilisierung und Verflüssigung wirkt wie eine mechanische Ratsche und erstreckt die Teilung über mehrere Zellzyklen.

Der Mechanismus löst das Problem großer Zellen und schneller Zyklen, bei denen ein vollständiger Ring zu lange dauern würde. Die Entdeckung gilt als neues Paradigma für die Zytokinese in dotterreichen Embryonen und betont die Rolle dynamischer Materialeigenschaften des Zytoplasmas.

Original Paper:

A mechanical ratchet drives unilateral cytokinesis | Nature

Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

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