Züge, Antennen, Doppelgleise: Strukturen der Zellen

Zellen sind die Grundorganisationen des Lebens. Sie bewegen sich und kommunizieren mit anderen Zellen. Diese Kommunikation  findet durch und mit den sogenannten Zilien. Es sind atennenartige Strukturen, die aus den Zellen herausragen und auf Licht, mechanische oder chemische Impulse reagieren.

Es liegt auf der Hand, dass wenn die Atennen sich fehlerhaft entwickelt haben, die Kommunikation nur teilweise oder gar nicht erfolgt. Dies führt zu zahlreichen Krankheiten. So fasst das Max-Planck-Institut zusammen: “Diese sensorischen, signal-gebenden und motorischen Funktionen der Zilien erklären, warum Fehlfunktionen ein so breites Spektrum an menschlichen Krankheiten verursachen können, einschließlich Netzhautdegeneration, polyzystischer Nierenerkrankung, Bardet-Biedl-Syndrom oder Herzerkrankungen. Angesichts dieser entscheidenden Rolle ist es für die Zilien von entscheidender Bedeutung, dass bei ihrem Aufbau nichts schiefläuft.

Solch eine Antenne will geschaffen sein: Der Aufbau und die Erhaltung von Zilien wird durch eine Transportmaschine, den Intraflagellar Transport (IFT), koordiniert, so das Max-Planck Institut. Diese “Züge” bewegen sich auf einem zweigleisigen System entlang des mikrotubulären Skeletts der Zilien. Mikrotubuli kann man sich als kleine Röhren aus Protein vorstellen, also eine Art U-Bahn.

Bisher war nicht nur die Struktur der IFT-Züge unbekannt, sondern auch, wie die beiden gegenläufig ausgerichteten Molekularmotoren, Kinesin und Dynein, daran gehindert werden, sich gegenseitig zu stören und es schaffen, die IFT-Züge gleichmäßig und konstant zu bewegen. Die Forschungsgruppe um Gaia Pigino am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) in Dresden hat diese beiden offenen Fragen mithilfe der Kryoelektronenmikroskopie beantwortet und ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Nature Cell Biology veröffentlicht.

Fazit: „Diese Studie zeigt uns wichtige Mechanismen, die Zellen für eine robuste Ziliaranlage benötigen. Unsere Arbeit an der molekularen Struktur und Funktion der IFT-Maschine ist wichtig, um die vielen menschlichen Erkrankungen zu verstehen, die mit der Fehlentwicklung von Zilien zusammenhängen.“, so Gaia Pigino abschließend.

 

 

 

 

(Quelle/Aussender: Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik)

Originalpublikation:

Mareike A. Jordan, Dennis R. Diener, Ludek Stepanek & Gaia Pigino: The cryo-EM structure of intraflagellar transport trains reveals how dynein is inactivated to ensure unidirectional anterograde movement in cilia. Nature Cell Biology, October 15, 2018, https://doi.org/10.1038/s41556-018-0213-1

 

 

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