Zellen entscheiden, wann sie sich teilen, basierend auf ihren internen Uhren.

Zellen replizieren sich durch Teilung, aber Wissenschaftler wissen immer noch nicht genau, wie sie entscheiden, wann sie sich aufteilen. Die Entscheidung über den richtigen Zeitpunkt und die richtige Größe der Teilung ist für die Zellen entscheidend – wenn etwas schief geht, kann es große Auswirkungen haben, wie z.B. bei Krebs, der im Grunde genommen eine Krankheit der unkontrollierten Zellteilung ist.

Es wird angenommen, dass mehrere Faktoren eine Rolle bei der Entscheidung einer Zelle spielen, sich zu teilen, darunter die Größe der Zelle, die Tageszeit und Hinweise aus der Umgebung, wie die Lichtmenge.

Jetzt haben Wissenschaftler der University of Cambridge und des Imperial College London in einer Studie mit einzelligen Organismen namens Cyanobakterien gezeigt, wie sich die Tageszeit auf die Zellteilung auswirkt und in welcher Größe.

Zellen und ganze Organismen reagieren auf die Tageszeit in einem Muster entsprechend ihrer internen „zirkadianen Uhr“. So steuert beispielsweise die zirkadiane Uhr bei Säugetieren die Zellregeneration und die Freisetzung von Hormonen, bei Pflanzen die Blütenöffnung und die Photosynthese.

Die neue Studie von Wissenschaftlern der Sainsbury Laboratory Cambridge University (SLCU) und des Department of Mathematics am Imperial College London, die in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurde, zeigt, dass die circadiane Uhr die Zellteilung von Cyanobakterien während des Tages und der Nacht kontinuierlich beeinflusst.

Dieser Befund schreibt das jüngste Verständnis um, dass die Uhr nur als „Ein/Aus“-Schalter zur Zellteilung fungierte – so dass sich Zellen nur zu bestimmten Zeiten replizieren konnten.

Das Team entwarf eine Reihe von Experimenten mit Cyanobakterienkolonien, um den Einfluss von Tageszeit, Zellgröße und Licht auf die Zellteilung zu untersuchen.

Zuerst beobachteten sie Teilungsraten für Cyanobakterien, die in Abwesenheit von zirkadianen Uhren verändert wurden, sowie Raten von unveränderten Zellen unter konstanten Lichtverhältnissen.

Anhand der Teilungsmuster aus diesen Experimenten und dem, was sie beeinflussen sollte, entwarfen kaiserliche Mathematiker und Kollaborateure dann Modelle, um vorherzusagen, was passieren würde, wenn sich das Licht im Laufe zukünftiger Experimente ändern würde.

In den folgenden Experimenten stellte das Team fest, dass die zirkadiane Uhr nicht wie ein Ein-/Ausschalter oder ein „Gate“ funktioniert, das die Zellteilung zu bestimmten Zeiten verbietet, sondern den Prozess durch eine Verringerung der Teilung zu bestimmten Zeiten und eine Beschleunigung bei anderen verfeinert.

Was sie fanden, passte gut zum zweiten Satz von Experimenten, d.h. ihre Modelle beschrieben erfolgreich die Mechanismen.

Dr. Philipp Thomas, vom Mathematischen Institut am Imperial, sagte: „Anstatt als strenges Tor für die Zellteilung zu fungieren, beeinflusst die zirkadiane Uhr den ganzen Tag über ständig die Teilungsrate. Die komplexen Wechselwirkungen zwischen Zellgröße, Uhr und Umgebung konnten nur durch die sorgfältige Kombination von Experimenten und iterativen Modellen aufgehoben werden, die den Beitrag der beteiligten Faktoren bestimmten.“

Das identifizierte Zeitmuster führte zu zwei Subpopulationen von Cyanobakterien, die sich in verschiedene Größen aufteilten, je nachdem, welche Zeitzellen geboren wurden.

Hauptautor der Studie, Dr. Bruno Martins von der University of Cambridge, sagte: „Zellen, die in der frühen Tageszeit geboren wurden, wachsen zu einer kleineren Größe heran, bevor sie sich wieder teilen, weil sie in einem „Ansturm“ zu sein scheinen, sich vor dem Ende des Tages zu teilen. Im Gegensatz dazu befinden sich später am Tag geborene Zellen in weniger „Eile“, so dass sie zu einer größeren Größe heranwachsen und sich nicht in der Zeit teilen, die normalerweise der Dunkelheit in der Nacht entspricht.“

Das Team wird als nächstes ihre experimentellen Ergebnisse und die entwickelten Modelle nutzen, um sie zu erklären, um zu untersuchen, welche Moleküle und Gene an diesem Prozess beteiligt sind und um seine evolutionäre Funktion zu untersuchen.

Mehr Informationen:
Bruno M. C. Martins et al. Zellgrößenkontrolle durch die zirkadiane Uhr und Umgebung in Cyanobakterien, Proceedings of the National Academy of Sciences (2018). DOI: 10.1073/pnas.1811309115

Teilen Ist Liebe! ❤❤❤ 17 shares ❤❤❤

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

shares