Erregbare Systeme

Zellen mit Tastsinn: Wie sich einzelne Zellen in der Umgebung orientieren

Wenn man nichts sieht, muss man sich herantasten – dies gilt auch für einzelne Zellen. Welche molekularen Abläufe dafür verantwortlich sind, haben jetzt zwei Arbeitsgruppen von der Universität Duisburg-Essen (UDE) und der Technischen Universität Dortmund (TU Dortmund) herausgefunden. Die Forscher um Prof. Dr. Perihan Nalbant (UDE) und Priv.-Doz. Dr. Leif Dehmelt (TU Dortmund/Max-Planck-Institut für Molekulare Physiologie) identifizierten einen Mechanismus, mit dem menschliche Zellen die elastischen Eigenschaften ihrer Umgebung ertasten können. Ihre Ergebnisse wurden jetzt im renommierten Journal of Cell Biology veröffentlicht.

Ausbreitung der Aktivität eines Signalproteins, das die Kontraktionen der äußeren Membran einer Zelle kontrolliert. (Bild: UDE)

„So wie wir ein Objekt drücken, um herauszufinden, ob es hart oder weich ist, können Zellen an ihrer Membranwand lokale Kontraktionen erzeugen. Dazu nutzen sie ein zelleigenes Signalnetzwerk, das an den entsprechenden Stellen ein- bis zweiminütige Aktivitätspulse produziert“, erläutert Prof. Nalbant.

Das Signal verstärkt sich zunächst selbst und kann sich nach kurzer Zeit auch wieder eigenständig hemmen. Solche in der Natur weit verbreiteten Systeme werden als "erregbare Systeme" bezeichnet. Sie kommen z.B. in Neuronen oder im Herzmuskel vor. Neu ist nun, dass die Forscher den molekularen Mechanismus entschlüsselt haben und Ausbreitungswellen des Aktivierungssignals innerhalb einzelner menschlicher Zellen erzeugen konnten (siehe Abbildung).

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Zellen nutzen den Prozess aktiv
Die Forscher fanden zudem heraus, dass die gemessene Häufigkeit der Kontraktionspulse durch die Elastizität der Zellumgebung beeinflusst wurde. Dr. Dehmelt: „Das deutet darauf hin, dass Zellen diesen aktiven Prozess nutzen könnten, um ihre direkte Umgebung zu ertasten – sehr ähnlich wie unsere vorsichtigen Bewegungen im Dunkeln.“ 

Mit diesem taktilen Navigationsprozess passen die Zellen mitunter auch ihre inneren Programme an die Umgebung an. Prof. Nalbant: „Er spielt vermutlich auch eine wichtige Rolle bei der Entwicklung mehrzelliger Organismen oder auch bei der Entstehung von Krankheiten wie Krebs.“ Man weiß noch nicht viel über den Tastsinn von Zellen. Aber die Forschung der beiden Arbeitsgruppen entschlüsselt nun einige dieser verborgenen Geheimnisse.

Weitere Informationen:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29055010
https://www.uni-due.de/imperia/md/video/pressestelle/movie_press_release_zelltas...

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