Dreidimensionale Bewegung und Drehmomenterzeugung von mitotischen Motoren

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Diez
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525453498

In der Mitose nutzt die Zelle den Spindelapparat, um die Chromosomen zu trennen. Eine korrekte Segregation ist wichtig, da Fehler zu Aneuploidie und schließlich zu Krebs führen können. Während des Segregationsprozesses müssen die Spindelfasern (Bündel von Mikrotubuli, die die Chromosomen während der Zellteilung bewegen) organisiert werden, wodurch die Spindelform bestimmt wird. Molekulare Motoren wie Kinesin-5, Kinesin-14 und zytoplasmatisches Dynein sind in der Spindel vorhanden und biegen nachweislich Mikrotubuli-Bündel, wodurch die Spindel verdreht wird. Obwohl die Motoren in zwei Dimensionen (2D) gut untersucht sind und gezeigt wurde, dass sie in Vorwärts- und Seitwärtsrichtung schreiten, bleibt ihre Funktion in den Spindelfasern aufgrund der dreidimensionalen (3D) Form der Struktur schwer zu fassen. In diesem Projekt wollen wir die individuellen 3D-Motilitätsparameter von Ensemble aus humanem Kinesin-5 (KIF11), Kinesin-14 (HSET) und zytoplasmatischem Dynein sowie ihr kollektives, gegenläufiges Verhalten bestimmen. Darüber hinaus planen wir, die Rolle der Motorausdehnung während des Mikrotubuli-Gleitens zu klären. Im Hinblick auf die Krafterzeugung werden wir die von den Motoren erzeugten 3D-Drehmomente mit neuartigen in-vitro-Rekonstitutionsexperimenten, optischen Pinzetten und mathematischer Modellierung untersuchen. Dies wird klären, wie die Vorwärts- und Seitwärtsbewegung sowie die Krafterzeugung miteinander gekoppelt sind. Insgesamt sollen die Ergebnisse dieses Projekts ein detailliertes Bild von der Funktionsweise der mitotischen Motoren liefern und klären, wie sie die Spindelarchitektur und Chromosomensegregation beeinflussen. Wir erwarten, dass unsere Ergebnisse dazu beitragen werden, das beobachtete Phänomen der Verdrehung der mitotischen Spindel aufzuklären, deren Zweck mechanische Robustheit, effiziente Kraftübertragung in der späten Anaphase durch Freisetzung gespeicherter Biegeenergie oder die physische Trennung benachbarter Spindelfasern sein könnte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen