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News: Aufnahmen von Proteinsprints

Was lange währt, klappt endlich doch einmal. Selbst in der Wissenschaft. Bewaffnet mit einem Mikroskop und einer Digitalkamera konnten amerikanische Wissenschaftler nun zum ersten Mal einen Prozess beobachten und aufzeichnen, der sich seit über 15 Jahren den Blicken der Forscher entzogen hatte. Mit Zeitlupenaufnahmen dokumentierten sie, wie mikroskopisch kleine Bausteine des Cytoskeletts - die Neurofilamente - durch das Axon sausten, was den bisherigen Annahmen über den 'langsamen axonalen Transport' so gar nicht entspricht.
In den letzten zwei Jahrzehnten versuchten Wissenschaftler zu beobachten, wie die für das Leben und Wachstum von Neuronen entscheidenden Proteine durch das Netzwerk von Nervenfasern wandern. Dem Zellbiologen Anthony Brown und seinen Kollegen von der Ohio University gelang es mit einer neuen Methode nun zum ersten Mal, die Bewegung von mikroskopisch kleinen Proteinfäden, den so genannten Neurofilamenten, in Nervenzellen aufzuzeichnen (Nature Cell Biology vom März 2000).

Browns Team verbanden die für ein Neurofilamentprotein codierende DNA mit dem DNA-Fragment, das die Information für das Protein trägt, welches bestimmte Quallen grün leuchten lässt. Da aber die meisten Nervenfasern über ihre gesamte Länge solche Filamente enthalten, leuchteten die derart genetisch manipulierten Zellen komplett grün. Die Wissenschaftler umgingen dieses Problem, indem sie für ihre Untersuchungen Neuronen auswählten, die erheblich weniger Intermediärfilamente besitzen und daher erkennbare Lücken in der Fluoreszenz aufwiesen. Mit einer Digitalkamera konnten sie die Bewegung der Neurofilamente genau dann aufzeichnen, wenn die Proteinfäden über die Lücken sprinteten (Quicktime-Movie, 672 kB). "Die Unterbrechungen in der Fluoreszenz sind quasi wie kleine Fenster auf das Cytoplasma der Axone", sagt Brown. "Sie ermöglichen es uns die Abläufe zu verfolgen, die wir sonst nicht sehen könnten."

Die Beobachtungen der Forscher brachten neue Einblicke in die Mechanismen des langsamen axonalen Transportes, durch den viele wichtige Proteine vom Zellkörper des Neurons in seinen langen Fortsatz – das Axon – gelangen. Bisher wurde angenommen, dass dies ein langsamer und gleichmäßiger Prozess ist. Die Ergebnisse der Studie aber lassen nun vermuten, dass die Substanzen in unregelmäßigen schnellen Sprints wandern, mit einer Geschwindigkeit von bis zu 2000 Millimeter pro Sekunde. Eventuell sind die langen Pausen zwischen den schnellen Bewegungen mit ein Grund dafür, warum der Prozess Wissenschaftlern so lange verschlossen blieb.

Nachdem das Aufzeichnen der Bewegung gelungen ist, will das Team nun genauer untersuchen, wie der Transport funktioniert. "Nur wenn wir die zu Grunde liegenden Mechanismen begriffen haben, können wir verstehen, was den Prozess stören kann", erklärt Brown. Die Studie soll Einblicke in die Ursachen von neurologischen Erkrankungen wie die Lou Gehrig-Krankheit ermöglichen, bei denen der Transport der Neurofilamente blockiert ist, was die Störung einer ganzen Reihe biologischer Prozesse zur Folge hat.

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