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News: Zielstrebiges Wandern

Viele biologische Vorgänge einer Zelle werden durch äußere Signale gesteuert. So beruht auch die Chemotaxis auf der Interaktion von äußeren Botenstoffen und Rezeptoren auf der Zelloberfläche. Diese molekularen Interaktionen konnten jetzt Wissenschaftler filmen und haben daher herausgefunden, dass die Rezeptoren aufgrund ihrer unterschiedlichen Kontakthäufigkeit zu den chemischen Boten der Zelle die Richtung weisen.

Ihre Invasion bleibt nicht lange unbemerkt. Schnell versammeln sich Zellen des Immunsystems um den Entzündungsherd und bekämpfen dort die eingedrungenen Bakterien. Doch wie finden diese Immunzellen den Weg zu den lokalen Entzündungen? Sie machen sich nicht blindlings auf den Weg, vielmehr werden sie von den Entzündungsauslösern wie von einem Magneten angezogen. Die Fähigkeit, sich aufgrund chemischer Reize in eine bestimmte Richtung zu bewegen – die Chemotaxis – kommt nicht nur in Zellen unseres Körpers vor, sondern ist ein weit verbreitetes Phänomen.

So bewegt sich auf diese Weise auch der Schleimpilz Dictyostelium discoideum zu seinen Nährstoffen hin. In Zeiten des Nahrungsmangels geben die Amöben ihr Einzelleben auf, und 100 bis 100 000 Einzeller aggregieren zu einem multizellulärem Gebilde. Gesteuert wird diese chemotaktische Choreographie, indem eine Amöbe einen chemischen Botenstoff – cyclisches Adenosinmonophosphat (cAMP) – abgibt. Dieser im Organismenreich weit verbreitete Botenstoff bindet daraufhin an bestimmte Rezeptoren benachbarter Einzeller. Über diese Interaktion erkennen die Schleimpilze die höchste Konzentration an cAMP und wandern konstant in diese Richtung.

Masahiro Ueda von der Osaka University schaute sich zusammen mit anderen Wissenschaftlern die Bindung des cAMP an seinen Rezeptor genau an. Dazu haben die Forscher eine Methode entwickelt, mit welcher sich das Verhalten einzelner cAMP-Moleküle filmen lässt: Sie brachten an jedes einzelne Molekül einen fluoreszierenden Marker an, der dann zu leuchten beginnt, sobald das cAMP an seinen Rezeptor bindet. Somit konnten die Wissenschaftler gleichzeitig das Andocken und Lösen von cAMP an den Rezeptor beobachten.

Die Filmaufnahmen der Forscher zeigen nicht nur das Verhalten der cAMP-Moleküle, sondern auch das der Rezeptoren. Diese wechseln zwar innerhalb der Zellmembran dauernd ihren Platz, wandern aber nicht alle – wie bisher vermutet – auf die Seite der Zelle, die zur hohen cAMP-Konzentration ausgerichtet ist. Sie bleiben vielmehr in gleichmäßigen Abständen auf der gesamten Zellmembran verteilt. Allerdings interagieren die Rezeptoren auf der Vorderseite der Zelle aufgrund des hohen Angebotes von cAMP häufiger mit diesem Botenstoff und signalisieren damit die Bewegungsrichtung der wandernden Amöbe. Dadurch kann die Zelle schnell auf einen cAMP-Gradientenwechsel in ihrer Umwelt reagieren und geradlinig ihr Ziel erreichen.

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