Molekulare und ultrastrukturelle Analyse der Umgestaltung von Organellen und von Organell-Kontakten während der Mitose

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Anne-Lore Schlaitz; Dr. Yannick Schwab
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564680514

Mitotische Zellteilungen sind unerlässlich für Entwicklung und Homöostase von Organismen. Störungen der Mitose können zu Krebs führen, weshalb es wichtig ist zu verstehen, wie korrekte mitotische Teilungen gewährleistet werden. Die Aufteilung von Chromosomen in der Mitose wird seit Jahrzehnten untersucht. Wie Zellorganellen umgestaltet und zuverlässig vererbt werden, ist jedoch wenig verstanden. Organellen haben definierte Formen und Anordnungen in Zellen, und sie stehen über Membrankontakte (membrane contact sites, MCS) im Austausch miteinander, was zu einer komplexen intrazellulären Architektur führt. Diese Organisation hängt vom Zytoskelett und von MCS ab. Die mitotische Zellteilung erfordert daher eine koordinierte Umgestaltung von Organellen, Chromosomen, Zytoskelett und wahrscheinlich auch von MCS. Allerdings verstehen wir bisher nicht, wie sich während der Mitose die intrazelluläre Organisation der Organellen ausbildet und wie sich MCS verhalten. Mit diesem Projekt wollen wir Morphologie und Verteilung von Organellen sowie des Schicksals von MCS während der Mitose quantitativ beschreiben. Um dies zu erreichen, werden wir die Focused Ion Beam-Scanning Electron Microscopy (FIB-SEM) verwenden, die es erlaubt, ganze Zellen mit einer isotropen Auflösung von 8 nm abzubilden. Die Datensätze werden mit Hilfe von neu entwickelten Software-Anwendungen effizient segmentiert und analysiert werden. Im nächsten Schritt werden wir die Mechanismen untersuchen, die die mitotische Zell-Architektur ausbilden. Wir werden uns auf das endoplasmatische Retikulum (ER) konzentrieren, da ER während der Interphase MCS mit allen anderen Organellen bildet und ihr dynamisches Verhalten beeinflusst. Das ER bleibt während der Mitose ein zusammenhängendes, Zytoplasma-durchspannendes Netzwerk, während Mitochondrien und der Golgi-Komplex fragmentieren. Das ER könnte daher während der Mitose andere Organellen durch MCS organisieren. Um diese Hypothese zu testen, werden wir zunächst Proteine charakterisieren, die mit MCS in einer Zellzyklus-spezifischen Weise assoziieren. Wir werden untersuchen, ob diese Kandidaten die Bildung von mitose-spezifischen MCS vermitteln und zum dynamischen Verhalten und der Verteilung anderer Organellen während der Mitose beitragen. Zusätzlich werden wir den Beitrag von ER zur mitotischen Zellorganisation direkt untersuchen und fragen, ob ER als Gerüst für die Organisation anderer Organellen dient. Zu diesem Zweck werden wir das mitotische ER auf definierte Weisen umstrukturieren und es durch synthetische Verbindungen stärker in das Zellzentrum oder in die Peripherie verlagern und feststellen, ob und wie sich die Organisation anderer Organellen dadurch verändert. Sobald wir Mechanismen aufgedeckt haben, die sie etablieren, können wir die intrazelluläre Organisation mitotischer Zellen gezielt stören, um herauszufinden, wie die besondere Architektur einer mitotischen Zelle die korrekte Zellteilung gewährleistet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen