Live-Bildgebung wirft ein neues Licht auf die Teilung von Stammzellen

Live-Bildgebung wirft ein neues Licht auf die Teilung von Stammzellen
Live-Bildgebung wirft ein neues Licht auf die Teilung von Stammzellen
Anonim

Eine lang gehegte Annahme über die asymmetrische Teilung von Stammzellen ist geknackt. Forscher der University of Oregon berichten, dass die mitotische Spindel nicht allein wirkt – dass kortikale Proteine ​​dabei helfen, eine Sp altfurche an der richtigen Stelle zu positionieren.

Ihre Entdeckung, die in der Zeitschrift Nature vom 2. September beschrieben wird, bietet ein neues Fenster darüber, wie sich Stammzellen teilen, um zwei ungleiche Tochterzellen zu produzieren: eine, die als neue Stammzelle weiterlebt, und eine andere, kleinere Zelle, das eine neue Funktion übernimmt, in diesem Fall als Neuron.

Ein dreiköpfiges Team konzentrierte sich auf neurale Stammzellen von Drosophila (Fruchtfliegen), bekannt als Neuroblasten, die seit langem für ihre asymmetrische Teilung bekannt sind. Was bei diesen Fliegen gelernt wird, gilt oft auch für viele andere mitotische (sich teilende) Zellen in anderen Organismen wie Säugetieren, einschließlich Menschen.

"Dies spricht eine grundlegende Frage in der Zellbiologie an, nämlich wie eine Zelle weiß, wo sie eine Sp altfurche platzieren und sich somit symmetrisch oder asymmetrisch teilen muss", sagte Clemens Cabernard, Postdoktorand im Labor von Chris Doe, ein Ermittler des Howard Hughes Medical Institute am UO Institute of Molecular Biology und Direktor des UO Institute of Neuroscience. Ebenfalls im Team war Kenneth E. Prehoda, ein UO-Biochemiker und Mitglied des Institute of Molecular Biology.

Was das UO-Team herausfand, ist, dass Neuroblasten zwei unterschiedliche Teilungswege haben, die scheinbar redundant funktionieren: einen polaritätsinduzierten und einen spindelinduzierten, sagte Cabernard.

Theorien über die Positionierung von Sp altfurchen während der Zellteilung konzentrieren sich auf die mitotische Spindel, ein Netzwerk von Fasern, die als Mikrotubuli bezeichnet werden.

Eine Idee ist, dass Mikrotubuli von Spindelpolen bis zum Kortex reichen, der ein positives oder negatives Signal liefert, um die Position des Sp altrings zu bestimmen.Eine andere Idee ist, dass Mikrotubuli-Fasern vom Zentrum der Spindel bis zum Kortex reichen, was zur Bildung eines Sp altrings führt (ein Komplex, der aus mehreren Proteinen besteht, von denen eines Myosin genannt wird). Ein drittes Modell beinh altet beides. Es wurde angenommen, dass sich asymmetrisch teilende Zellen wie Drosophila-Neuroblasten eine asymmetrische Spindel erzeugen und den Sp altring in einer asymmetrischen Position positionieren können, im Gegensatz zu sich symmetrisch teilenden Zellen, die eine symmetrische Spindel konstruieren.

"Wir haben einen neuen Mechanismus gefunden, bei dem eine Sp altfurche an einer asymmetrischen Position platziert werden kann", sagte Cabernard. „Zuerst haben wir durch ein paar Experimente ausgeschlossen, dass die Sp altfurche ausschließlich von der Position und Symmetrie/Asymmetrie der Mitosespindel abhängt.“

Zunächst verwendeten Forscher Mutanten, denen astrale Mikrotubuli fehlen, wobei die Mikrotubulifasern von den Spindelpolen in Richtung Kortex reichen, und beobachteten mit Live-Bildgebung, was mit der Sp altfurche passiert.Eine Sp altfurche trat noch in einer asymmetrischen Position auf. Dies wurde schon früher gesehen, aber nicht mit denselben Markern, sagte Cabernard.

Als nächstes entfernten die Forscher die gesamte Spindel mit zielgerichteten Medikamenten aus dem Bild. Normalerweise hören die Zellen in diesem Zustand auf, sich zu teilen, aber ein genetischer Trick ermöglicht es diesen Zellen, trotz des Fehlens einer mitotischen Spindel die Zellteilung einzuleiten. Überraschenderweise stellten die Forscher fest, dass die an der Konstruktion einer Sp altungsfurche beteiligten Proteine ​​asymmetrisch lokalisiert wurden und eine Sp altungsfurche in einer asymmetrischen Position positionierten – ziemlich ähnlich wie in Wildtyp-Neuroblasten. "Obwohl die Zellteilung nicht abgeschlossen werden konnte, wurde der Teilungspunkt korrekt markiert", sagte Cabernard. "Das sagte uns, dass es einen Mechanismus geben muss, der von der Spindel unabhängig ist."

In einer dritten Reihe von Experimenten drehte das Forschungsteam die mitotische Spindel von Neuroblasten mit genetischen Mutanten und veränderte so die Position jedes von der Spindel stammenden Signals.Interessanterweise stellte das Team fest, dass sich jetzt zwei Sp altfurchen bildeten, aber nur eine mit der neuen Position der mitotischen Spindel übereinstimmte, was die Hypothese stark stützt, dass auch ein spindelunabhängiges Signal verwendet wird. Weitere Experimente zeigten, dass ein kortikales Protein, das für die ordnungsgemäße Teilung neuraler Stammzellen bei Mäusen und Menschen erforderlich ist, für die asymmetrische Positionierung der Sp altfurche notwendig ist.

Eines der in den Experimenten genau beobachteten Markerproteine ​​war Myosin. Wenn eine Zelle den Teilungsprozess beginnt, sagte Cabernard, ist die Spindel symmetrisch, aber die Myosinmarker sind zur basalen Seite hin getrennt – und asymmetrisch lokalisiert –, die kleiner wird und sich bei der Zellteilung in ein Neuron umwandelt.

Obwohl diese Forschung eine grundlegende Frage in der Zellbiologie anspricht, haben die Ergebnisse wichtige Implikationen. Asymmetrische Zellteilung in Fliegen- oder menschlichen Stammzellen ist wichtig, um eine Reihe von differenzierenden Zellen zu erzeugen, während eine Stammzelle als Sicherungskopie erh alten bleibt.

Frühere Arbeiten von Cabernard und Doe zeigten, dass, wenn sich Drosophila-Neuroblasten symmetrisch teilen, was normalerweise nicht vorkommt, zwei Neuroblasten entstehen. Daher, sagten die Forscher, ist es für eine Stammzelle entscheidend zu wissen, wo sie eine Sp altfurche platzieren muss, um alle erforderlichen Neuronen zu produzieren. Ähnliche Ergebnisse wurden bei neuralen Stammzellen von Mäusen beobachtet.

Die National Institutes of He alth, die American Heart Association, der Schweizerische Nationalfonds und das Howard Hughes Medical Institute unterstützten die Forschung.

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