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23.07.2024

Struktur und Mechanik einer Zelle hängen von der Lage und dem Adhäsionszustand ab

Der Aktomyosin-Kortex spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Zellmechanik und damit einer Vielzahl von Zellfunktionen wie Migration, Teilung und Differenzierung. Das Verständnis der Beziehung zwischen der Struktur und der Mechanik des Kortex in verschiedenen Situationen ist notwendig, um Zelleigenschaften zu erklären, die für Gesundheit und Krankheit, z. B. Krebs, entscheidend sind. Ein Team um die Biophysikerin Franziska Lautenschläger hat eine klare Korrelation zwischen der Struktur und der Steifigkeit des Kortex untersucht und damit einen wichtigen Schritt in Richtung Vorhersage und Kontrolle des mechanischen Verhaltens und damit der Funktion von Zellen  gemacht.
Die Arbeit entstand im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 1027 „Physikalische Modellierung von Nichtgleichgewichts-Prozessen in biologischen Systemen”
Originalpublikation:
D. A. D. Flormann, ..., F. Lautenschläger: The structure and mechanics of the cell cortex depend on the location and adhesion state, PNAS 121 e2320372121 (2024).
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2320372121 

Vesikel, die von Dynein und Kinesin angetrieben werden, zeigen Richtungsumkehrungen ohne Regulatoren

Der intrazelluläre vesikuläre Transport entlang der Zytoskelettfilamente gewährleistet die gezielte Beförderung der Ladung. Dieser Transport ist selten unidirektional, sondern eher bidirektional, mit häufigen Richtungsumkehrungen aufgrund des gleichzeitigen Vorhandenseins von Motoren entgegengesetzter Polarität. Bisher war unklar, ob dieses komplexe Bewegungsmuster allein durch das mechanische Zusammenspiel der gegenpoligen Motoren zustande kommt oder ob dafür Regulatoren erforderlich sind. 
In einer jüngst in Nature Communications erschienen Publikation zeigen wir - in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppen von Stefan Diez (TU Dresden) - ein minimales System, bestehend aus gereinigtem Dynein-Dynactin-BICD2 (DBB) und Kinesin-3, (KIF 16B) das an große unilamellare Vesikel gebunden ist, die Frachtmotilität in vivo reproduziert, einschließlich Bewegung, Pausen und Umkehrungen. Es ist bemerkenswert, dass die Geschwindigkeit der Vesikel während der Bewegung nicht von den entgegengesetzten Motoren beeinflusst wird. Unser Berechnungsmodell zeigt, dass das Engagement einer kleinen Anzahl von Motoren für den Übergang zwischen Bewegung und Pausen entscheidend ist. Insgesamt deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass die Motoren, die an die vesikuläre Ladung gebunden sind, während der Pausen vorübergehend in ein Tauziehen verwickelt sind. In der Folge können stochastische An- und Abkopplungsereignisse von Motoren zu Richtungsänderungen führen, ohne dass dafür Regulatoren erforderlich sind.

Originalpublikation:
Ashwin I. D’Souza, Rahul Grover, Gina A. Monzon, Ludger Santen & Stefan Diez: Vesicles driven by dynein and kinesin exhibit directional reversals without regulators. Nat. Commun. 14, 7532 (2023).