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Zellbiologie: Die Vielfalt der Zentrosome

17.06.2022

Forschende von LMU und Helmholtz Munich zeigen, dass menschliche Zentrosome variabler sind als bisher angenommen.

Spezifische RNAs (magenta) am Zentrosom (grün) in Kortexzellen der Maus. Der Zellkern ist blau eingefärbt. | © © Helmholtz Zentrum München / Giulia Antognolli

Als zentrales Zellorganell ist das Zentrosom unter anderem für die Organisation des Zellskeletts während der Zellteilung zuständig. Damit erfüllt es eine wesentliche Funktion in verschiedenen Organismen – von der Hefe bis zum Menschen. Fehlfunktionen des menschlichen Zentrosoms stehen mit vielen neurologischen Entwicklungsstörungen in Verbindung. Bisher ging man davon aus, dass das Zentrosom aufgrund seiner allgemeinen Aufgaben in allen Zellen sehr ähnlich ist. Ein Team um die Neurobiologin Magdalena Götz, Inhaberin des Lehrstuhls für Physiologische Genomik an der LMU und Direktorin des Instituts für Stammzellforschung am Helmholtz Munich, überprüfte diese Annahme nun bei Neuronen und ihren Entwicklungsvorläufern, den sogenannten neuronalen Stammzellen.

„Es gibt so vieles, was wir über diese Zellen noch nicht wissen“, sagt Götz. „Dazu zählt unter anderem, wie das Zentrosom in Neuronen im Vergleich zu neuralen Stammzellen und anderen Zelltypen beschaffen ist.“ Ihre im Fachmagazin Science veröffentlichten Ergebnisse stellen nun die Annahme, dass alle Zentrosomen gleich sind, grundlegend in Frage.

Zentrosome unterscheiden sich zwischen den Zellen mehr als gedacht

In enger Zusammenarbeit mit der Helmholtz Munich Proteomic Core Facility unter Leitung von Stefanie Hauck konnten die Forschenden zeigen, dass die Zusammensetzung der Proteine in Zentrosomen je nach Zelltyp stark variiert. „Überrascht hat uns nicht nur die unbekannt große Heterogenität der untersuchten Zentrosome, sondern auch, dass wir an ihnen teilweise unerwartete Proteine entdeckt haben – zum Beispiel viele RNA-bindende Proteine und sogar Proteine, die für das Splicing (also die Verarbeitung von RNA), verantwortlich sind, ein Vorgang der normalerweise im Zellkern stattfindet“, so Götz.

Lokalisation von Proteinen ist entscheidend

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fanden beispielsweise heraus, dass ein spezielles Protein (das ubiquitäre Splicing Protein PRPF6) nur in neuralen Stammzellen, nicht aber in Neuronen, am Zentrosom angereichert ist. Eine Mutation des Proteins, die in Patientinnen und Patienten mit der Hirnfehlbildung Periventrikuläre Heterotopie gefunden wurde, führt auch im Tiermodell zu einem solchen ähnlichen Phänotyp. Für Magdalena Götz bedeutet das: „Der Ort, an dem sich ein Protein befindet, ist entscheidend für eine Krankheit. Mit unserer Zentrosom-Analyse haben wir eine wichtige Ressource geschaffen, um weitere Assoziationen mit neuronalen Krankheiten zu prüfen. Insbesondere kann unsere Forschung zum ersten Mal erklären, warum ein Protein, das in allen Körperzellen vorhanden ist, nach Mutation nur einen Phänotyp im Gehirn, aber nicht in anderen Organen auslöst. Dies erlaubt uns nun, den Mechanismen weiterer Krankheiten auf die Spur, und somit auch deren Behandlung einen Schritt näher zu kommen.“

O’Neill, Uzbas, Antognolli, Merino et al.: Spatial centrosome proteome of human neural cells uncovers disease-relevant heterogeneity. Science 2022.

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