MADRID, 16. April. (EUROPA PRESS) –
Zellen enthalten verschiedene spezialisierte Strukturen wie den Zellkern, Mitochondrien oder Peroxisomen, die als „Organellen“ bekannt sind. Die Verfolgung seiner Entstehung und die Bestimmung seiner Struktur ist wichtig, um die Zellfunktion und die mit ihrer Funktionsstörung verbundenen Pathologien zu verstehen. Wissenschaftler der Universität Genf (UNIGE) in der Schweiz haben hochauflösende Mikroskopie und kinematische Rekonstruktionstechniken kombiniert, um die Entstehung des menschlichen Zentriols in Bewegung zu visualisieren.
Dieses für die Organisation des Zellskeletts wesentliche Organell wird im Falle einer Funktionsstörung mit bestimmten Krebsarten, Gehirnerkrankungen oder Netzhauterkrankungen in Verbindung gebracht. Diese in der Fachzeitschrift „Cell“ veröffentlichte Arbeit verdeutlicht die Komplexität der Zentriolmontage. Es eröffnet auch viele neue Möglichkeiten für die Untersuchung anderer Zellorganellen.
Die Entstehung von Organellen erfolgt nach einer genauen Abfolge aufeinanderfolgender Proteinrekrutierungsereignisse. Die Visualisierung dieser Anordnung in Echtzeit ermöglicht ein besseres Verständnis der Rolle dieser Proteine in der Organellenstruktur oder -funktion. Allerdings stößt die Erstellung einer Videosequenz mit ausreichender Auflösung zur Unterscheidung solch komplexer mikroskopischer Komponenten auf eine Reihe technischer Einschränkungen.
Dies gilt insbesondere für das Zentriol. Dieses Organell, das weniger als 500 Nanometer (ein halbes Tausendstel Millimeter) misst, besteht aus rund 100 verschiedenen Proteinen, die in sechs Substrukturdomänen organisiert sind. Bis vor einigen Jahren war es unmöglich, sich den Aufbau des Zentriols im Detail vorzustellen. Das Labor von Paul Guichard und Virginie Hamel, Forschungskodirektoren der Abteilung für Molekular- und Zellbiologie der Fakultät für Naturwissenschaften der UNIGE, hat diese Situation mithilfe der Technik der Expansionsmikroskopie geändert. Diese hochmoderne Technik ermöglicht es, die Zellen und ihre Bestandteile schrittweise aufzublasen, ohne sie zu verformen, und sie dann – mit herkömmlichen Mikroskopen – mit sehr hoher Auflösung zu beobachten.
Die Abbildung des Zentriols mit einer so hohen Auflösung ermöglicht die genaue Position von Proteinen zu jedem Zeitpunkt, liefert jedoch keine Informationen über die Reihenfolge des Auftretens substruktureller Domänen oder einzelner Proteine. Marine Laporte, ehemalige Forscherin und Dozentin der UNIGE-Gruppe und Erstautorin der Studie, analysierte mithilfe der Expansionsmikroskopie die Position von 24 Proteinen in den sechs Domänen in mehr als tausend Zentriolen in verschiedenen Wachstumsstadien.
„Dieser langwierigen Arbeit folgte eine pseudozeitliche kinematische Rekonstruktion.“ Mit anderen Worten: Wir waren in der Lage, diese Tausenden zufällig während der Zentriol-Biogenese aufgenommenen Bilder chronologisch neu zu ordnen, um mithilfe einer von uns entwickelten Computeranalyse die verschiedenen Stadien der Bildung von Zentriol-Substrukturen zu rekonstruieren“, erklärt Virginie Hamel, Co-Leiterin von die Studie.
Dieser einzigartige Ansatz, der die sehr hohe Auflösung der Expansionsmikroskopie und der kinematischen Rekonstruktion kombiniert, hat es uns ermöglicht, die erste 4D-Anordnung des menschlichen Zentriols zu modellieren. „Unsere Arbeit wird nicht nur unser Verständnis der Zentriolbildung vertiefen, sondern auch unglaubliche Perspektiven in der Zell- und Molekularbiologie eröffnen, da diese Methode auf andere Makromoleküle und Zellstrukturen angewendet werden kann, um deren Zusammenbau in Raum und Zeit zu untersuchen“, schließt Pablo Guichard .
