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Systems Biology of Mitosis

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Mathematische Modelle der Mitose

Die Mitose ist eine kritische Zellzyklusphase und entscheidend für das Wachstum und die Erneuerung verbrauchter Zellen. Forschungen zu den beteiligten Mechanismen sollen nun wichtige Erkenntnisse zu verschiedensten Krankheitsprozessen liefern und den Weg für innovative Therapien ebnen.

Gesundheit

EU-finanzierte Forscher aus acht verschiedenen europäischen Ländern entwickelten im Rahmen des Projekts MITOSYS (Systems biology of mitosis) auf Systemebene mathematische Modelle der mitotischen Zellteilung beim Menschen. Schwerpunkte waren die vier entscheidenden Phasen der Mitose - Spindelanordnung, Checkpoint und Kinetochoren, Trennung mitotischer Chromosomen sowie mitotischer Austritt. MITOSYS ermittelte kinetische und quantitative Daten zu mitotischen Proteinen und setzte hierfür Mikroskopie, biochemische und biophysikalische Methoden sowie Einzelmolekül- und proteomische Analysen ein. Kinetochoren, Kinetochor-Unterkomplexe und Checkpoint-Signalwege wurden rekonstituiert und in mathematischen Modellen dargestellt, die einzelne Aspekte der Chromosomensegregation beschreiben.  Schließlich wurde ein mathematisches Modell des mitotischen Austritts entwickelt. Die mathematischen Modelle wurden anschließend experimentell für die Fehlerkorrektur der chromosomalen Bi-Orientierung und den Spindel-Checkpoint bestätigt. Die räumliche Steuerung des biochemischen Regulationsnetzes und zeitliche Abfolge der Mitose (Anaphase und Zytokinese) wurden quantitativ beschrieben und experimentell validiert. Alle Phasen der Mitose wurden in einem umfassenden Modell zusammengefasst und mit mehreren wichtigen Zellzyklusregulatoren assoziiert. Die Modelle sollen über das Projektende hinaus erweitert und validiert werden. MITOSYS entwickelte neue Technologien zur Ermittlung kinetischer und quantitativer Daten von Proteinfunktionen in menschlichen Zellen. So wurde etwa ein quantitatives Mikroskop mit automatischer Datenerfassung und –auswertung für die Bildgebung an wichtigen mitotischen Proteinen entwickelt. Die Projektpartner organisierten im Oktober 2014 eine Schulung zu mathematischer Modellierung und auch öffentliche Ausstellungen zur Systembiologie der Mitose und ihrer physiologischen und pathophysiologischen Bedeutung. So wurde "Lens of Life" in drei europäischen Städten (Rom, London und Heidelberg) zusammen mit dem Dokumentarfilm "Meetings of Minds" präsentiert. Einer der Ausstellungshöhepunkte war ein innovativer wissenschaftlicher Dokumentarfilm zum Thema Mitose, der auf Projektwebseite gezeigt wird. MITOSYS entwickelte das erste systembiologische Konzept seiner Art zur Beschreibung des Mitoseprozesses. Da der korrekte Ablauf der Mitose ein wichtiger medizinischer Aspekt ist, könnten neuen Anwendungen die Ursachen- und Wirkstoffforschung vorantreiben.

Schlüsselbegriffe

Mathematisches Modell, Mitose, Spindelanordnung, Kinetochor, Medikamentenentwicklung

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