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News: Die kleinen Unterschiede

Bei Pflanzen und Tieren beruht die Regulation der Zellteilung auf nicht identischen Mechanismen. Durch Versuche mit einer neu entdeckten Art von Enzymen soll es möglich sein, einige wichtige Unterschiede zu erkennen.
Krebszellen vermehren sich unkontrolliert: Deshalb ist es ein zentrales Thema der Krebsforschung, wie externe hormonelle Reize und Streß die Regulierung des Zellteilungszyklus beeinflussen. Im Gegensatz zu Tieren scheinen Pflanzen stärkere vorbeugende Mechanismen zu besitzen, um eine unkontrollierte Zellteilung zu verhindern. Andererseits, und im Gegensatz zu Tierzellen, sind ausdifferenzierte Pflanzenzellen in der Lage, ihre Zellteilung zu reaktivieren. Aus diesem Grund ist es möglich, neue Pflanzen aus schon ausdifferenzierten Zellen in Gewebekulturen zu züchten. Eine Identifizierung der Zellteilungs-Mechanismen in Pflanzen könnte im Vergleich mit Tieren wichtige Informationen darüber liefern, wie evolutionäre Veränderungen zu einer weniger strengen Kontrolle der Zellvermehrung in Säugetieren geführt haben könnten.

In allen Eukaryoten wird der Zellzyklus durch Enzyme, die cyclin-dependent protein kinases (CDKs = Cyclin-abhängige Proteinkinasen), gesteuert. Pflanzen besitzen mehrere unterschiedliche CDKs, die alle mit ihren Hefe- und Tier-Pendants verwandt sind. Eine Aktivierung des Zellzyklus an verschiedenen Kontrollpunkten erfordert die Phosphorylierung der CDKs durch CDK-aktivierende Kinasen (CAKs), die wichtige Ziele innerhalb zellulärer Signalwege darstellen.

Zwei wichtige Arten von CAKs wurden bisher identifiziert. Eine setzt den Transkriptionsapparat in Gang, der die messenger-RNA (m-RNA) für die Erzeugung von Proteinen innerhalb einer Zelle entsprechend der DNA-Blaupause produziert. Sie enthält ein Enzym, den RNA-Polymerase II-Komplex, das für die Erzeugung der m-RNA erforderlich ist. Die CAKs, die man von Tieren und von Spalthefen kennt, stellen den Kontakt mit einem Teil einer Untereinheit des RNA-Polymerase II-Komplex her. Die Aktivität dieses Abschnitts der Untereinheit spielt eine Rolle bei der Regulierung der Interaktion der RNA-Polymerase mit Proteinen, welche die Transkription steuern.

Im Gegensatz dazu können andere Arten von CAK entweder die RNA-Polymerase nicht binden oder sind Untereinheiten des RNA-Polymerase II-Komplex und können die Cyclin-abhängige Kinase nicht phosphorylieren.

CAKs scheinen somit wichtige Funktionen im gesamten Leben einer Zelle zu erfüllen, da sie sowohl an der Kontrolle des Zellzyklus als auch der Transkription beteiligt zu sein scheinen. Darüber hinaus wirken sie auch bei der DNA-Reparatur mit, bei der sie auf die Kontrolle der Karzinogenese Einfluß nehmen. Ein wesentlicher Schritt in der Erforschung der Zellteilungs-Mechanismen bei Pflanzen wurde jetzt gemacht: Die Arbeitsgruppen von Dr. Masaaki Umeda an der Tokyo University, Japan, und von Dr. Csaba Konczs am Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung in Köln meldeten in den Proceedings of the National Academy of Sciences (Band 95, Ausgabe 9, Seite 5021-5062, 28. April 1998) die Identifizierung der ersten funktionell charakterisierten Pflanzen-CAK.

Mit Hilfe der Gentechnologie übertrugen die Wissenschaftler Kopien (cDNA) vieler unterschiedlicher Gene von Arabidopsis, einer weitverbreiteten Pflanze, in knospende Hefe-Mutanten. Diese Mutanten wiesen einen Defekt in Genen auf, die für die Produktion von Hefe-CAKs verantwortlich sind. Auf diese Weise konnten sie die knospenden Hefe-Mutanten durch Arabidopsis-Gene ergänzen und ein Pflanzen-CAK-Gen identifizieren. Bemerkenswerterweise kann die Pflanzen-CAK die Funktion der RNA Polymerase II-bindenden und den Zellzyklus aktivierenden Kinasen sowohl in Spalthefe als auch in knospender Hefe voll ersetzen. Auch ist sie in der Lage, die menschliche Zellzyklus-Kinase-CDK2 zu phosphorylieren und zu aktivieren. Allerdings ist die Arabidopsis-CAK nicht fähig, den C-terminalen Bereich der RNA-Polymerase II zu erkennen, was für die Produktion von m-RNA erforderlich ist. Die neu identifizierte Pflanzen-CAK führt daher eine neue Art von Zwischenfunktion aus, mit deren Hilfe einige wichtige Unterschiede zwischen den Mechanismen aufgezeigt werden können, welche die Zellteilung in Pilzen, Pflanzen und Tieren steuern.

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