Überbleibsel der Zellteilung könnten für die Ausbreitung von Krebs verantwortlich sein.

7. Oktober 2023

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von Chris Barncard, University of Wisconsin-Madison

Die Midbody-Überreste, eine kleine Blase mit Zellmaterial, die früher als Mülltonne der Zelle angesehen wurde, enthält tatsächlich funktionierendes genetisches Material mit der Fähigkeit, das Schicksal anderer Zellen zu verändern - einschließlich der Umwandlung in Krebs.

Es ist überraschend für viele Menschen, sagt Ahna Skop, Professorin für Genetik an der University of Wisconsin–Madison, dass bei der Zellteilung, einem Prozess namens Mitose, nicht nur zwei Tochterzellen entstehen.

"Eine Zelle teilt sich in drei Dinge: zwei Zellen und einen Midbody-Überrest, ein neues Signalorganell", sagt Skop. "Was uns überrascht hat, ist, dass der Midbody voller genetischer Informationen, RNA, ist, die nichts mit der Zellteilung zu tun hat, sondern wahrscheinlich in der Zellkommunikation funktioniert."

In einer heute in der Zeitschrift Developmental Cell veröffentlichten Studie analysierten Skops Labor und Mitarbeiter des Pasteur-Instituts in Paris, der Harvard Medical School, der Boston University und der University of Utah den Inhalt der Midbodies, die sich zwischen den Tochterzellen während der Teilung bilden, und verfolgten die Interaktionen der freigesetzten Midbody-Überreste nach der Zellteilung. Ihre Ergebnisse deuten auf den Midbody als Fahrzeug für die Ausbreitung von Krebs im Körper hin.

"Die Leute dachten, der Midbody sei ein Ort, an dem Dinge nach der Zellteilung starben oder recycelt wurden", sagt Skop. "Aber was dem einen sein Müll ist, ist dem anderen sein Schatz. Ein Midbody ist ein kleines Informationspaket, das Zellen zur Kommunikation nutzen."

Die Beteiligung des Midbodys an der Zellsignalisierung und der Stimulation der Zellproliferation wurde zuvor untersucht, aber Skop und ihre Mitarbeiter wollten den Inhalt der Midbody-Überreste genauer untersuchen.

Was die Forscher in den Midbodies fanden, war RNA - eine Art Arbeitskopie von DNA, die zur Produktion von Proteinen verwendet wird, die in Zellen etwas bewirken - und die zellulären Maschinen, die benötigt werden, um diese RNA in Proteine umzuwandeln. Die RNA in Midbodies enthält in der Regel Baupläne nicht für den Zellteilungsprozess, sondern für Proteine, die an Aktivitäten beteiligt sind, die den Zweck einer Zelle steuern, einschließlich Pluripotenz (die Fähigkeit, sich in eine der vielen verschiedenen Zellarten des Körpers zu entwickeln) und Onkogenese (die Bildung von bösartigen Tumoren).

"Ein Midbody-Überrest ist sehr klein. Er hat die Größe eines Mikrons, einem Millionstel eines Meters", sagt Skop. "Aber er ist wie ein kleiner Mondlander. Er enthält alles, was er braucht, um die arbeitenden Informationen von der teilenden Zelle aufrechtzuerhalten. Und er kann sich von der Stelle der Mitose entfernen, in den Blutkreislauf gelangen und auf einer entfernten Zelle landen."

Viele Midbody-Überreste werden von einer der Tochterzellen, die sie abgestoßen haben, wieder aufgenommen, aber diejenigen, die auf einer entfernten Oberfläche landen, können stattdessen von einer dritten Zelle aufgenommen werden. Wenn diese Zelle den Midbody schluckt, könnte sie fälschlicherweise die darin enthaltene RNA als ihre eigenen Baupläne verwenden.

Frühere Forschungen zeigten, dass Krebszellen eher als Stammzellen einen Midbody und seine potenziell schicksalsverändernde Fracht aufgenommen haben. Stammzellen, die neue Zellen hervorbringen und aufgrund ihrer Pluripotenz wertvoll sind, geben viele Midbody-Überreste wieder aus, möglicherweise um ihre Pluripotenz aufrechtzuerhalten.

Zukünftige Forschungen könnten die Kraft der Midbody-RNA nutzen, um Medikamente an Krebszellen abzugeben oder deren Teilung zu verhindern.

"Wir glauben, dass unsere Ergebnisse ein enormes Potenzial für die Krebsdiagnostik und -therapie darstellen", sagt Skop, deren Arbeit von den National Institutes of Health unterstützt wird.

Die Forscher identifizierten ein Gen namens Arc, das für das Beladen des Midbodys und des Midbody-Überrests mit RNA entscheidend ist. Vor langer Zeit von einem alten Virus aufgenommen, spielt Arc auch eine Rolle bei der Art und Weise, wie Gehirnzellen Erinnerungen bilden.

"Der Verlust von Arc führt zum Verlust von RNA im Midbody und zum Verlust der RNA-Information für Empfängerzellen", sagt Skop. "Wir glauben, dass dieses Gedächtnisgen für alle Zellen wichtig ist, um RNA-Informationen zu kommunizieren."

Sungjin Park, ein leitender Wissenschaftler in Skops Labor, ist der Hauptautor der neuen Studie. Skop und ihre Mitarbeiter haben auch ein Patent für zwei neue Methoden beantragt, mit denen Midbody-Strukturen aus Zellmedien oder Blutserum isoliert werden können, um die Krebsdiagnostik zu verbessern.

Journal information: Developmental Cell

Provided by University of Wisconsin-Madison