Zellzyklus bei Hefe

Wittgenstein-Preis Z 39Zellzyklus bei HefeKim Ashley NASMYTH18.06.1999 Eine endlose Kette von mitotischen oder meiotischen Teilungen verbindet uns mit dem gemeinsamen Vorfahren allen Lebens auf diesem Planeten. Zellteilung ist daher die Grundlage des Lebens. Desweiteren spielt die Zellteilung eine wichtige Rolle bei vielen menschlichen Krankheiten. Wenn sich somatische Zellen nicht mehr teilen, trägt das zum Zelltod bei, während die unregulierte Proliferation von Tumorzellen zu Krebs führt. Die Meiose (Reduktionsteilung), eine besondere Art der Zellteilung, produziert Nachkommen mit unterschiedlichen Eigenschaften (sexuelle Reproduktion). Damit können sich mehrzellige Organismen gegen Parasiten oder Umweltveränderungen durchsetzen. Die Komplexität des menschlichen Zellteilungs-mechanismus wird uns bewußt, wenn wir uns die Dauer des Evolutionsprozesses vor Augen führen. Die ersten "wackligen" Teilungsversuche einer Zelle, die wir als eukaryotisch erkennen würden, fanden wahrscheinlich vor ca. zwei Milliarden Jahren statt. Fossile Bakterien, ähnlich den heutigen Cyanobakterien, sind in 3,5 Milliarden Jahre alten Felsen gefunden worden. Das bedeutet, daß es ein bis zwei Milliarden Jahre der Darwin` schen Selektion bedurfte, bis der eukaryotische Zellzyklus ausgereift war. Um dies zu relativieren: die Entwicklung vom einfachen Nervensystem zu einem Gehirn mit Bewußtsein dauerte wahrscheinlich nur eine halbe Milliarde Jahre. Eine der großen Entdeckungen der Zellbiologie in den letzten zehn Jahren war, daß sich die heutigen eukaryotischen Zellen der gleichen Mechanismen bedienen wie ihre gemeinsamen Vorfahren. Das heißt, daß die Mechanismen der menschlichen Zellen denen der Wirbellosen sowie Hefen und Pflanzen auffallend ähnlich sind. Deshalb resultiert der Großteil unserer Erkenntnisse über menschliche Zellen von der Arbeit an "Modell"-Organismen, die sich leichter untersuchen lassen. Eines der beliebtesten Modellsysteme für die Zellteilungsforschung ist die Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae. Die Arbeitsgruppe von Kim Nasmyth bedient sich vorwiegend dieses Modellorganismus. Die potenten genetischen und physiologischen Techniken des Hefesystems werden benutzt, um mehr über uns selbst zu erfahren. Da die meisten Zellkomponenten nach Anweisungen ihres Genoms synthetisiert werden, achten Zellen insbesondere auf die Duplikation und Weitergabe ihrer Chromosomen. Chromosomduplikation führt zu Paaren von Schwesterchromosomen, die durch spezifische chromosomale Proteine, genannt Kohesine, zusammengehalten werden. Die darauffolgende Trennung der Schwesterchromosomen geschieht unter Mitwirkung von Mikrotubuli, die Schwesterkinetochore mit den gegenüberliegenden Polen der mitotischen Spindel verbinden. Ein "Tauziehen" zwischen der trennenden Kraft der Mikrotubuli und der Verbindung durch die Kohesine führt die Schwesterchromosomenpaare in die Zellmitte (Metaphase). Die darauffolgende Trennung der Schwesterchromosomen in die gegenüberliegenden Hälften der Zelle (Anaphase) ist vermutlich auf einen Verlust der Verbindung zwischen den Schwestern zurückzuführen. Dieser Übergang muß streng kontrolliert werden, denn es ist beinahe unmöglich, Schäden der DNS, oder falsch verteilte Chromosomen nach Beginn der Teilung rückgängig zu machen. Die derzeitige Forschung von Kim Nasmyth konzentriert sich auf den Mechanismus des Zusammenhaltes zwischen Chromosomen, wie er während der Chromosomenduplikation hergestellt wird und wie er zu Beginn der Anaphase wieder zerstört wird. Zuvor hat sich seine Arbeitsgruppe mit vielen anderen Aspekten der Chromosomen beschäftigt. Entscheidende Erkenntnisse, die dabei gewonnen wurden, sind: wie Zellen den Beginn der Chromosomenduplikation festlegen; wie der Abbau der wichtigsten Zellzyklusregulatoren kontrolliert wird und wie dadurch dem Zellteilungsprozeß seine Irreversibilität auferlegt wird; wie Zellen Gene während des Zellzyklus an- und abschalten; wie Zellen Teile des Genoms stillegen; und wie Zellen Asymmetrien in der Verteilung von Genregulatoren bilden, bevor sie sich teilen, um sicherzustellen, daß Tochterzellen für verschiedene Funktionen zugeordnet werden.