Zellteilungskontrolle in Pflanzen

Die Grundeinheit des Lebens ist die Zelle, und alle Organismen sind entweder einzellig, wie Bakterien und Hefen, oder mehrzellig, wie Tiere und Pflanzen. Eine weitere grundlegende Voraussetzung von Leben ist die Eigenschaft sich zu reproduzieren. Dieser Prozess beinhaltet, dass Zellen ihre genetische Information (die DNS in den Chromosmen) exakt verdoppeln können, bevor sie auf die Tochterzellen in der Mitose aufgeteilt wird. Die Prozesse, die die Grundlage der zellulären Verdopplung und Teilung bilden, bedürfen einer hoch komplizierten zeitlichen als auch räumlichen Steuerung, der sogenannten Zellteilungskontrolle. Die Bedeutung dieses Kontrollsystems wird durch neueste Erkenntnisse unterstrichen, nach denen eine fehlerhafte Steuerung der Zellteilung zu Zelltod oder Tumorbildung führen kann. Vor ungefähr zehn Jahren wurde klar, dass Mensch, Tier und sogar Pilze eine sehr ähnliche Maschinerie der Zellteilungskontrolle besitzen. Der Hauptregulator ist ein Molekül namens CDK. Die CDK ist ein molekularer Schalter, und reguliert bestimmte Proteine, wie solche, die die DNA verdoppeln oder sie verpacken, durch deren Phosphorylierung. Zu genau dieser Zeit fand die Gruppe um Prof. Hirt, dass CDK auch in Pflanzen vorkommt und nach ganz ähnlichen Spielregeln funktioniert wie in Mensch und Tier. So konnte das pflanzliches CDK Hefezellen, die selbst ein defektes CDK besassen und nicht mehr lebensfähig waren, wieder zur Zellteilung verhelfen. CDK ist der Hauptschalter der Zellteilung und bestimmt wann und wo sich Zellen teilen sollen. Deshalb wird die CDK die meiste Zeit in der Zelle in einem inaktiven Zustand gehalten, und erst bei Gebrauch durch sogenannte Zykline aktiviert. Zykline erhielten ihren Namen durch ihre Entdeckung als extrem kurzzeitig im Leben einer Zelle auftretende Proteine. Prof. Hirt`s Team entdeckte die ersten pflanzlichen Zykline und zeigte, dass Zykline die CDK durch verschiedene äussere Signale aktivieren können. Im Lauf der Untersuchungen zeigte sich, dass CDK nicht nur von Zyklinen, sondern auch von bestimmten Protein Kinasen oder Phopshatasen reguliert wird. Diese Faktoren aktivieren oder hemmen die Zellteilung als Antwort auf äussere Faktoren, wie Nährstoffangebot oder mutagene Substanzen. In den letzten Jahren isolierte Prof. Hirt`s Gruppe Protein Kinasen und Phosphatasen, die negative Umwelteinflüsse, wie Pathogenbefall, oder Stress durch Trockenheit, vermitteln, und letztendlich die Zellteilung und das pflanzliche Wachstum blockieren. Da verschiedenste Informationen durch viele derselben Protein Kinasen und Phosphatasen vermittelt werden, ist man sich einig, dass intrazelluläre Informationsverarbeitung nicht linear, sondern parallel und miteinander verknüpft, vor sich geht. Aus diesem Grund forscht nun ein Konsortium von 11 Europäischen Teams unter der Leitung von Prof. Hirt an einem mulitdisziplinären Ansatz um Vernetzung und Prozessierung von Informationen auf Zellebene zu verstehen. Dazu werden neueste genomische und proteomische, als auch computergestützte Methoden verwendet. Da die intrazelluläre Informationsverarbeitung der anderer komplexer Systeme, wie der im menschlichen Hirn, ähnelt, ist diese Forschung auch für andere Wissenschaftszweige interessant und hilfreich.

Die Grundeinheit des Lebens ist die Zelle, und alle Organismen sind entweder einzellig, wie Bakterien und Hefen, oder mehrzellig, wie Tiere und Pflanzen. Eine weitere grundlegende Voraussetzung von Leben ist die Eigenschaft sich zu reproduzieren. Dieser Prozess beinhaltet, dass Zellen ihre genetische Information (die DNS in den Chromosmen) exakt verdoppeln können, bevor sie auf die Tochterzellen in der Mitose aufgeteilt wird. Die Prozesse, die die Grundlage der zellulären Verdopplung und Teilung bilden, bedürfen einer hoch komplizierten zeitlichen als auch räumlichen Steuerung, der sogenannten Zellteilungskontrolle. Die Bedeutung dieses Kontrollsystems wird durch neueste Erkenntnisse unterstrichen, nach denen eine fehlerhafte Steuerung der Zellteilung zu Zelltod oder Tumorbildung führen kann. Vor ungefähr zehn Jahren wurde klar, dass Mensch, Tier und sogar Pilze eine sehr ähnliche Maschinerie der Zellteilungskontrolle besitzen. Der Hauptregulator ist ein Molekül namens CDK. Die CDK ist ein molekularer Schalter, und reguliert bestimmte Proteine, wie solche, die die DNA verdoppeln oder sie verpacken, durch deren Phosphorylierung. Zu genau dieser Zeit fand die Gruppe um Prof. Hirt, dass CDK auch in Pflanzen vorkommt und nach ganz ähnlichen Spielregeln funktioniert wie in Mensch und Tier. So konnte das pflanzliches CDK Hefezellen, die selbst ein defektes CDK besassen und nicht mehr lebensfähig waren, wieder zur Zellteilung verhelfen. CDK ist der Hauptschalter der Zellteilung und bestimmt wann und wo sich Zellen teilen sollen. Deshalb wird die CDK die meiste Zeit in der Zelle in einem inaktiven Zustand gehalten, und erst bei Gebrauch durch sogenannte Zykline aktiviert. Zykline erhielten ihren Namen durch ihre Entdeckung als extrem kurzzeitig im Leben einer Zelle auftretende Proteine. Prof. Hirt`s Team entdeckte die ersten pflanzlichen Zykline und zeigte, dass Zykline die CDK durch verschiedene äussere Signale aktivieren können. Im Lauf der Untersuchungen zeigte sich, dass CDK nicht nur von Zyklinen, sondern auch von bestimmten Protein Kinasen oder Phopshatasen reguliert wird. Diese Faktoren aktivieren oder hemmen die Zellteilung als Antwort auf äussere Faktoren, wie Nährstoffangebot oder mutagene Substanzen. In den letzten Jahren isolierte Prof. Hirt`s Gruppe Protein Kinasen und Phosphatasen, die negative Umwelteinflüsse, wie Pathogenbefall, oder Stress durch Trockenheit, vermitteln, und letztendlich die Zellteilung und das pflanzliche Wachstum blockieren. Da verschiedenste Informationen durch viele derselben Protein Kinasen und Phosphatasen vermittelt werden, ist man sich einig, dass intrazelluläre Informationsverarbeitung nicht linear, sondern parallel und miteinander verknüpft, vor sich geht. Aus diesem Grund forscht nun ein Konsortium von 11 Europäischen Teams unter der Leitung von Prof. Hirt an einem mulitdisziplinären Ansatz um Vernetzung und Prozessierung von Informationen auf Zellebene zu verstehen. Dazu werden neueste genomische und proteomische, als auch computergestützte Methoden verwendet. Da die intrazelluläre Informationsverarbeitung der anderer komplexer Systeme, wie der im menschlichen Hirn, ähnelt, ist diese Forschung auch für andere Wissenschaftszweige interessant und hilfreich.