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Ein Tastsinn für Zellen

Insbesondere in der Dunkelheit, wenn wir uns nicht auf unsere Augen verlassen können, ist unser Tastsinn selbst für einfachste Aufgaben sehr wichtig. Dabei ist die Fähigkeit, etwas zu ertasten, nicht ein rein passiver Prozess. Die Arbeitsgruppen von Leif Dehmelt (TU Dortmund/MPI Dortmund) und Perihan Nalbant (Universität Duisburg-Essen) identifizierten nun einen Mechanismus, mit dem menschliche Zellen die elastischen Eigenschaften ihrer Umgebung durch lokale Kontraktionen an der Zellmembran ertasten können. Diese Arbeiten wurden nun im renommierten Journal of Cell Biology veröffentlicht (DOI: 10.1083/jcb.201706052).

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Der aktive Tastvorgang von Zellen wird durch ein Signalnetzwerk gesteuert, welches kurze, 1-2 Minuten andauernde, lokale Aktivitätspulse erzeugt. Diese entstehen dadurch, dass sich das Signal zunächst selbst verstärkt und dann nach einer kurzen Zeitverzögerung selbst hemmt. Solche Systeme, welche Selbstverstärkung und Selbsthemmung kombinieren und so Signalpulse auslösen, werden als "erregbare Systeme" bezeichnet. Sie sind in der Natur weit verbreitet, wie etwa bei der Bildung von Aktionspotentialen und Aktivitätswellen in Neuronen oder im Herzmuskel. Durch experimentelle Erhöhung der Selbstamplifikation im Signalnetzwerk konnten die Forscher ebenfalls Ausbreitungswellen des  Aktivierungssignals und damit verbundene Kontraktionen innerhalb einzelner menschlicher Zellen erzeugen (siehe Abbildung).

 Welche Funktion könnten also Kontraktionspulse für Zellen haben? Interessanterweise fanden die Forscher in ihrer Studie heraus, dass die gemessene Häufigkeit der Kontraktionspulse durch die Elastizität der Zellumgebung moduliert wurde. Dies deutet darauf hin, dass dieser aktive Prozess von den Zellen genutzt werden könnte, um ihre direkte Umgebung zu ertasten – sehr ähnlich wie unsere vorsichtigen Bewegungen im Dunkeln. Einzelne Zellen haben in der Regel kein visuelles System und müssen sich deshalb weitestgehend auf ihren Tastsinn verlassen, wenn sie durch ihre Umgebung navigieren. Dieser taktile Navigationsprozess, in dem Zellen mitunter auch ihre intrinsischen Programme als Reaktion auf ihre Umgebung anpassen, spielt vermutlich eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von mehrzelligen Organismen oder in Krankheiten, wie  zum Beispiel der Krebsentstehung. Vieles über den Tastsinn von Zellen ist noch nicht verstanden. Die Forschung in den Arbeitsgruppen von Leif Dehmelt und Perihan Nalbant beleuchtet nun einige dieser verborgenen Geheimnisse.



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