Forscher entdecken einmaligen Mechanismus für die Teilung der Eizelle
Forscher des Europäischen Laboratoriums für Molekularbiologie (EMBL) haben die Funktionsweise der molekularen Maschinerie aufgedeckt, die bei der Teilung der Eizellen vermittelt. Im Augustheft der Zeitschrift Cell berichten die Wissenschaftler von ihren neuen Erkenntnissen zu diesem Prozess, die sie an Mäusen gewonnen haben. Sie könnten neues Licht auf Defekte werfen, die bei der Entwicklung der Eizellen beim Menschen auftreten. Der erste Schritt bei der Entwicklung einer Eizelle ist die Teilung der Oozyte, der unreifen Eizelle. Im Gegensatz zu anderen Körperzellen, teilt sich eine Oozyte nicht in zwei identische Tochterzellen. Stattdessen findet eine Reduktionsteilung, auch meiotische Teilung genannt, statt, bei der das genetische Material halbiert wird, um eine einzige Eizelle mit 23 anstelle der 46 Chromosomen des Menschen zu schaffen. Für die Eizelle ist es wichtig, über genau die Hälfte des Chromosomensatzes zu verfügen, da die zweite Hälfte während der Befruchtung von der Spermazelle beigesteuert wird. Der molekulare Apparat, der sicherstellt, dass das Ei die richtige Anzahl Chromosomen enthält, ist eine bipolare Spindel aus Proteinfasern, auch Mikrotubuli genannt, die Teil des Zellskeletts sind. Diese spindelförmigen Mikrotubuli heften sich an die Chromosomen an, trennen sie und ziehen eine Hälfte aus der Oozyte heraus in einen kleinen polaren Körper, der später abgelegt wird. "Spindelförmige Mikrotubuli sind in allen sich teilenden Zellen anzutreffen. Das besondere an den Oozyten ist, dass sie nicht über die spezialisierten spindelbildenden Organellen, Zentrosomen genannt, verfügen", sagt Jan Ellenberg, Koordinator der Forschungseinheit Genexpression am EMBL. "Andere Zellen enthalten zwei Zentrosomen, aus denen die Mikrotubuli stammen. Sie legen die bipolare Struktur der Spindel fest, die notwendig ist, um genau den halben Chromosomensatz aus dem Ei herauszuziehen. Lange Zeit haben wir nicht verstanden, wie Säugetieroozyten eine bipolare Spindel ohne diese Zentrosomen aufbauen konnten." Mithilfe eines hochauflösenden Mikroskops verfolgten die Forscher über einen längeren Zeitraum die Spindelzusammensetzung in lebenden Oozyten von Mäusen. Dabei fanden sie heraus, dass die fehlenden Zentrosome durch ein flexibles System zahlreicher kleiner sogenannter MTOC (microtubule organising centre) in den Oozyten ersetzt werden, die die Mikrotubuli organisieren. Wie die Zentrosomen dienen diese MTOC als Plattformen, auf denen die Mikrotubuli wachsen, allerdings haben sie keine dauerhaften Strukturen. MTOC bilden sich erst, wenn die Zellteilung bevorsteht und häufen sich im Zentrum der Zelle an. Dort beginnen diese rund 80 einzelnen MTOC in einem Tauziehen zu interagieren, indem sie sich gegenseitig ziehen und drücken. Das führt schließlich zu einer selbstorganisierten Spindel mit zwei Polen, in denen alle Chromosomen ordentlich aufgereiht sind und für die nachfolgende Chromosomeneliminierung bereitstehen. "Es dauert ziemlich lange bis sich eine Spindel aus so vielen Zentren zusammengesetzt hat und erfordert viel Koordination hinsichtlich Raum und Zeit", sagt Melina Schuh, die diese Forschung im Labor von Dr. Ellenberg durchführte. "Wenn die Spindel es nicht schafft, die Chromosomen genau zu trennen, führt dies zu Krankheiten wie dem Down-Syndrom und Unfruchtbarkeit. Daher ist es sehr wichtig für uns zu verstehen, wie diese entscheidende Teilung zu Beginn des Lebens gesteuert wird."