Wie sich das Eiweiß vom Dotter trennt
Das Zytoplasma ist die flüssige Grundsubstanz der Zelle, bestehend aus Wasser, Proteinen, Nukleinsäuren, etc. Aus ihm bildet sich später der Körper des Tiers. Der Dotter besteht dagegen vor allem aus Fett und ist das Futterreservoir für spätere Stadien, in denen sich der Embryo noch nicht selbst ernähren kann, aber schon auf externe Energiezufuhr angewiesen ist.
Die Studie
”Bulk Actin Dynamics Drive Phase Segregation in Zebrafish Oocytes”, Cell, 10.5.2019
Zunächst ist der Dotter in Form kleiner Kügelchen im Plasma verteilt. Mit Beginn der Zellteilung wird auch eine Entmischungsbewegung in Gang gesetzt. Dabei setzt sich das Zytoplasma in Richtung des sogenannten animalen Eipols in Bewegung, der für die Organanlage verantwortlich ist. Die Dotterkügelchen wandern dagegen in Richtung des gegenüberliegenden vegetabilen Eipols. Dieser Prozess geht während der ersten Zellteilungen weiter. Die Zellen teilen sich dabei am Animalpol nicht komplett, „alles bleibt miteinander bis zur vollständigen Entmischung in Verbindung“, erklärt Carl-Philipp Heisenberg vom IST Austria in Klosterneuburg.
Physikalische Zug- und Schubkräfte
Bisher ging man davon aus, dass Vorgänge an der Zelloberfläche für die Entmischung eine wichtige Rolle spielen. Der Biophysiker Shayan Shamipour aus der Forschungsgruppe Heisenbergs hat die Vorgänge nun gemeinsam mit dem theoretischen Physiker Edouard Hannezo genauer analysiert. Sie zeigten entgegen der bisherigen Meinung, dass eine Kombination physikalischer Zug- und Schubkräfte im Inneren des Embryos die Plasma-Dotter-Entmischung vorantreiben. Die entscheidende Rolle spielt dabei ein Netzwerk aus Aktin und Myosin, zwei Proteine, die auch an der Muskelkontraktion beteiligt sind.
Unter anderem durch regelmäßiges Zusammenziehen dieses Netzwerks strömt Aktin in Richtung des animalen Eipols und zieht dabei durch Reibungskräfte das Zytoplasma mit sich. Die größeren Dottergranulate folgen aufgrund geringerer Reibungskräfte nicht diesem Strom, sondern werden von anderen Aktinstrukturen zum gegenüberliegenden Pol geschoben.
Die von den Forschern zur Beschreibung dieses Prozesses entwickelte Theorie kann nach ihren Angaben auch auf andere Entmischungsvorgänge angewendet werden, die auf dem physikalischen Kräftespiel einer biologisch aktiven Flüssigkeit basiert. Damit könnten auch potenziell ähnliche Prozesse im Säugetier-Embryo beschrieben werden.
science.ORF.at/APA