Architektur und Mechanik bipolarer Spindeln bei der Mitose in Säugetierzellen

Die präzise Chromosomensegregation ist fundamental für die Aufrechterhaltung der Genomstabilität von Zellen. Jedoch sind die biophysikalischen Prinzipien, die diese Genauigkeit gewährleisten, nur teilweise verstanden. Unsere Forschungsgruppe untersucht in Säugetierzellen, wie Kräfte innerhalb des mitotischen Spindelapparates erzeugt, übertragen und ausgeglichen werden. Wir verwenden hauptsächlich humane RPE1-Zellen als robustes und physiologisch relevantes Modellsystem zur Untersuchung der Spindelmechanik.

Während der Metaphase muss die Spindel Chromosomen mit hoher Präzision positionieren und ausrichten. Dieser Prozess beruht auf der koordinierten Aktivität zweier großer Mikrotubuli-Populationen: Kinetochor-Mikrotubuli (KMTs), die direkt an Chromosomen anhaften, und Nicht-Kinetochor-Mikrotubuli (Non-KMTs), die das strukturelle Gerüst bilden, welches die Spindel organisiert und stabilisiert. Wie diese unterschiedlichen Mikrotubuli-Netzwerke entstehen, interagieren und kollektiv Kräfte erzeugen, bleibt eine offene Frage.

Wir kombinieren fortschrittliche Mikroskopie, quantitative Bildanalyse und computergestützte Modellierung, um die Mikrotubuli-Organisation in Metaphase-Zellen zu kartieren und die Kräfte zu erschließen, die die Spindelarchitektur formen. Mithilfe dieser Methode wollen wir verstehen:

• Wie werden KMTs und Non-KMTs nukleiert, stabilisiert und umgestaltet?
• Wie tragen ihre Interaktionen zur Krafterzeugung während der Chromosomensegregation bei?
• Wie erhält die Spindel ihre mechanische Robustheit bei gleichzeitig hoher Dynamik?
• Wie gewährleisten diese Mechanismen eine fehlerfreie Chromosomensegregation?

Durch die Untersuchung der Prinzipien, die die Spindelarchitektur und -mechanik organisieren, soll unsere Forschung das fundamentale Verständnis der Zellteilung erweitern, um dadurch zu verstehen, wie Fehler in diesem Prozess zu Krankheiten wie Krebs beitragen.

© Stephan Wiegand

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