Täglich teilen sich Milliarden Zellen in unserem Körper, um unsere Organe gesund zu erhalten. Dabei sorgt eine Vielzahl von Mechanismen für eine reibungslose Teilung. Denn bereits kleine Fehler können fatale Konsequenzen für den Organismus haben. Gerät die Zellteilung außer Kontrolle, kann dies zu schweren Krankheiten wie zum Beispiel Krebs führen. Dabei muss die dicht in den Kern gepackte Erbinformation durch Transporteinheiten, die sogenannten Chromosomen, auf die beiden Tochterzellen aufgeteilt werden.

Dieser Vorgang ist so komplex, wie kritisch. Wenn die Chromosomen nicht richtig verteilt oder falsch verpackt werden, kann das nämlich fatale Konsequenzen für den Organismus haben. Es kann zu schweren DNA Schäden kommen, oder es können etwa auch Zellen mit mehreren Zellkernen entstehen. Das führt dann oft zu unkontrollierten Wucherungen und Krebs. Deswegen sorgt eine Vielzahl verschiedener Proteine im Körper dafür, dass die Zellteilung reibungslos abläuft. Modernste Mikroskopie Techniken ermöglichen es den ForscherInnen nun, diese Prozesse hochauflösend zu beobachten und den Zellen „live“ beim Teilen zusehen, und all die molekularen Eigenheiten bei diesem wundersamen Prozess genau zu analysieren.

IMBA Gruppenleiter Daniel Gerlich und sein Team konnten bereits einige bahnbrechende Entdeckungen zur Mechanik des Erbguts machen: Eines der Eiweiße, die wichtige Treiber für die Zellteilung sind, hat sogenannte oberflächenaktive Eigenschaften, ähnlich wie wir uns dies bei Seife und Spülmittel zu Nutze machen. Diese einzigartige Fähigkeit eines Proteins namens Ki-67 sorgt dafür, dass die Chromosomen nicht zusammenkleben und verklumpen, sondern aneinander vorbeigleiten und sich richtig verteilen. Ki-67 war bereits als typisches Merkmal für die Teilungsrate von gutartigen und bösartigen Zellen bekannt und wird in der Klinik als Aktivitätsmarker für die Krebsdiagnose benutzt. Nun ist auch seine molekulare Funktion aufgeklärt: Ki-67 sorgt in der Zellteilung dafür, dass sich die Chromosomen bei der Zellteilung richtig verteilen und es zu keinen Fehlern kommt, was fatale Mutationen auslösen könnte. Ebenfalls konnte visualisiert werden, welcher Mechanismus dafür sorgt, dass die Chromosomen nach erfolgreicher Zellteilung in nur einen und nicht mehrere Zellkerne gepackt werden, und wie genau sich der Spindelapparat ausbildet, der bei der Zellteilung dafür sorgt, die beiden Chromosomenhälften auseinander zu ziehen.

Forschungsgruppenleiter


Daniel Gerlich

Die Mechanik des Erbguts

Daniel Gerlich forscht mit seinem Team an der Zellteilung und den mechanischen Eigenschaften des Erbguts. Wie wird die Erbmasse während der Zellteilung zu Chromosomen verdichtet? Wie verteilen sich diese dann richtig auf die zwei Tochterzellen? Welche Proteine regulieren diesen Prozess? Um die dynamischen Vorgänge während der Zellteilung zu analysieren, haben die Forscher Mikroskope automatisiert und wenden innovative Methoden wie „Deep Machine Learning“ an, bei denen der Computer Regeln für die Unterscheidung von Zellmorphologien erlernt.

Nach seinem Studium der Biologie an der Universität Freiburg forschte Daniel Gerlich am Deutschen Krebsforschungsinstitut (DKFZ) und am Europäischen Molekularbiologie Labor (EMBL) in Heidelberg. Danach war er Gruppenleiter an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich (ETHZ). 2012 wechselte Daniel Gerlich als Senior Scientist ans IMBA.

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