Ärzte Zeitung online, 26.03.2010

Zellbewegung ähnelt der Gangschaltung eines Autos

HEIDELBERG (eb). Die Bewegung einer Zelle im Organismus kann mithilfe eines Systems variiert werden, das der Gangschaltung eines Autos ähnelt. Verantwortlich dafür ist die strukturelle Flexibilität eines aus dem Protein Aktin wachsenden Netzwerkes, das die Zellmembran nach vorne drückt und damit für die Zellbewegung sorgt.

Ein solches filamentöses Netzwerk ist in der Lage, sich vollständig umzuorganisieren, wenn es gegen einen größeren Widerstand arbeiten und damit den Druck für die Vorwärtsbewegung erhöhen muss. Das konnten Physiker um Professor Ulrich Schwarz von der Uni Heidelberg mit der Entwicklung eines theoretischen Modells belegen.

Die Forscher zeigen, dass Geschwindigkeitsunterschiede bei der Zellbewegung maßgeblich von der Vorgeschichte des wachsenden Netzwerks beeinflusst werden, insbesondere davon, wie groß der Widerstand gegen die Bewegung vor einer Messung war. Die Forscher haben ein mathematisches Modell entwickelt, das die räumliche Organisation des wachsenden Aktinnetzwerkes in Abhängigkeit von der Wachstumsgeschwindigkeit vorhersagt (PNAS 2010, online vorab).

Bei hohen Geschwindigkeiten wächst das Netzwerk in einer Form, die vor allem die rasche Zellbewegung erlaubt, gleichzeitig aber wenig Kraft erzeugt. Reicht die aufgebrachte Kraft nicht mehr aus, um den Druck nach vorne sicherzustellen, organisiert sich das Netzwerk sprunghaft um und ermöglicht damit eine größere Krafterzeugung. Dies führt letztlich zu einer robusteren, aber auch langsameren Vorwärtsbewegung.

Der Vorgang ist vergleichbar mit dem Getriebe eines Autos, das in einen niedrigeren Gang geschaltet wird, um mit geringerer Geschwindigkeit, aber größerem Kraftaufwand die Steigung eines Berges zu bewältigen. Die Widersprüche in den experimentellen Befunden zu unterschiedlich schnellen Zellbewegungen lassen sich erklären, wenn berücksichtigt wird, in welchem "Gang" sich die Zelle gerade bewegt.

Zum Abstract der Originalpublikation "Two competing orientation patterns explain experimentally observed anomalies in growing actin networks"

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