Wir neigen dazu, uns Zellen als kleine Kugeln oder längliche Strukturen vorzustellen, die von einer Membran umgeben sind und einen einzigen Zellkern und möglicherweise einige andere Organellen enthalten, wie beispielsweise Mitochondrien, die im Zytoplasma schwimmen. Allerdings gibt es auch in der menschlichen Anatomie lange, gestreckte und mehrkernige Zellen, insbesondere in unseren Skelettmuskeln, aber auch im Lungengewebe nach einer Infektion mit dem Respiratory Syncytial Virus (RSV).
Diese mehrkernigen Zellen werden gemeinhin als Synzytien bezeichnet und entstehen durch die Fusion von Zellen. Synzytien können eine Größe von bis zu mehreren Zentimetern erreichen, verglichen mit 10 bis 100 Mikrometern bei einer durchschnittlichen eukaryotischen Zelle. Darüber hinaus können Synzytien Tausende von Kernen enthalten. Große Chöre brauchen einen Dirigenten, um die Sänger im Einklang zu halten. Wie also halten Synzytien ihre Kerne im Einklang, oder besser gesagt, wie koordinieren sie die Genregulation zwischen ihren zahlreichen und weit verstreuten Kernen?
Um zu untersuchen, wie Synzytien koordinierte Kernzustände erreichen, verwenden Prof. Karen Alim, Professorin für Biologische Physik und Morphogenese, und ihre Forschungsgruppeeinen Schleimpilz namens Physarum polycephalum, der gemeinhin als „der Blob“ bezeichnet wird. Dieser Organismus kann im Labor als Mikroplasmodium, ein kleiner mehrkerniger Zustand, kultiviert werden und, wenn er in kleinen Tröpfchen auf eine Platte mit Gelsubstrat gegeben wird, dazu gebracht werden, sich zu mehrkernigen Netzwerken (d. h. Synzytien) zu verbinden.
Diese Synzytien bilden ein röhrenförmiges Netzwerk, das den Transport intrazellulärer Signale ermöglicht. Dieses Netzwerk zieht sich rhythmisch zusammen und induziert so einen Hin- und Herfluss innerhalb der Röhren. Die mikroskopische Verfolgung einzelner Kerne innerhalb der Synzytien zeigte, dass es sehr mobile Kerne gibt, die sich umso schneller bewegen, je näher sie dem Zentrum der Röhre kommen, sowie Kerne, die in der porösen Gelschicht eingeschlossen sind, die sich an der Innenseite der Wand befindet. Wichtig ist, dass mobile Kerne eingefangen werden können, während eingeschlossene Kerne wieder mobil werden können. Darüber hinaus bewegen sich mobile Kerne nicht weiter entlang der Röhren, sondern kehren an ihre ursprüngliche Position zurück. Diese Ergebnisse zeigen das Vorhandensein eines neuen Nachrichtenübermittlungssystems innerhalb der Synzytien, das an Brieftaubenpost erinnert.
Ein mobiler Kern transportiert ein Signal zu einem weiteren unbeweglichen Kern, gibt das Signal weiter und kehrt dann „nach Hause” zurück (Brieftaube 1). Das Signal wird dann von einem zweiten mobilen Kern (Brieftaube 2) aufgefangen, der es weiter entlang des Röhrchens zu seinem eigenen Zuhause zurücktransportiert, und so weiter. So pendeln die Tauben (mobile Kerne) zwischen zwei Positionen innerhalb des Röhrchens hin und her und erhöhen so die Geschwindigkeit der Informationsverbreitung um das bis zu 20-fache. Noch besser ist, dass dieses Relais-System entlang der Röhrchen bidirektional arbeitet.
Dieses neue System liefert wertvolle neue Erkenntnisse darüber, wie Schimmelpilze eine synchrone Kernteilung durchlaufen können, und erklärt, warum zytoplasmatische Strömungen für diesen Prozess entscheidend sind.
Publikation
Coexistence of trapped and flow-transported nuclei enables fast pigeon-post communication across multi-nucleated cell. Johnny Tong, Kaspar Wachinger, Fabian K. Henn, Nico Schramma, Siyu Chen and Karen Alim. PNAS https://doi.org/10.1073/pnas.2411101122
Weitere Information und Links
- Julie Zaugg (17 October 2019). "The 'blob': Paris zoo unveils unusual organism which can heal itself and has 720 sexes".
- Diese Arbeit wurde gefördert durch TUM Innovation Network RISE und Human Frontier Science Program.
Kontakt zu dem Artikel
Prof. Karen Alim
Professorship of Biological Physics and Morphogenesis
TUM School of Natural Sciences
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