Die Unfähigkeit der Chromosomen, sich während der Zellteilung richtig zu verteilen, ist eine der abnormalen Eigenschaften von Krebszellen. Jetzt haben Wissenschaftler entdeckt, dass Krebszellen, die in engen mikroskopischen Kanälen eingeschlossen sind, ein einzigartiges Problem mit dem Chromosomenverteilungsmechanismus entwickeln können, aber seltsamerweise können zunehmende körperliche Einschränkungen diese Anomalien unterdrücken. Die Auswirkungen dieser Art der Eindämmung ähneln der Ansammlung von Zellen, die einen Tumor umgeben, und die Forscher hoffen, dass ihre Ergebnisse Aufschluss über die Ursachen des Krebses und mögliche Lösungen geben werden.
Studium der Zellteilung
Nachdem das Genom kopiert wurde, teilen sich die Chromosomen in einer gesunden, sich teilenden Zelle in zwei Gruppen. Beide Gruppen sind an der mitotischen Spindel befestigt, einer Ansammlung angeordneter Mikrotubuli, die an ihren Enden zu stangenartigen Strukturen zusammengedrückt sind. Die Chromosomen werden dann entlang der Mikrotubuli zu den Polen gezogen. Die Entwicklung von mehr als zwei Polspindelfasern trägt wesentlich zur falschen Chromosomensegregation in Krebszellen bei. In vivo kann sich die multipolare Spindelproduktion von Phänomenen unterscheiden, die bei in einer Schale kultivierten Zellen beobachtet werden, so dass es möglich ist, dass die restriktive Wirkung umgebender Zellen in einem Gewebe einen gewissen Einfluss auf diesen Prozess hat.
Chromosomen werden nicht richtig verteilt, wenn sich Krebszellen teilen
Um die Wirkung einer restriktiven Umgebung zu untersuchen, kultivierten Hongyuan Jiang von der China University of Science and Technology und Kollegen menschliche Krebszellen, indem sie sie in Kanäle innerhalb mikroskopisch kleiner Kanäle in einer Plastikfolie auf einem Objektträger platzierten. Wenn die Wege breit und tief genug waren, konnten sich die Zellen ausdehnen, ohne mit den Wänden in Kontakt zu kommen. Wenn die Kanäle jedoch flacher als 20 µm sind, sind die Zellen von "Boden" und "Decke" umgeben. Auch wenn die Kanäle schmaler als 20 um waren, wurden die Zellen gegen die Kanalseitenwände gedrückt. Die vierwandigen Zellen wurden daher in Kanäle mit einer Breite und Tiefe von weniger als 20 μm eingezwängt, was dazu führte, dass sie in einer länglichen Weise wuchsen.
Die Morphologien der mitotischen Spindeln der Zellen unterschieden sich signifikant von den zwei Restriktionstypen, zweiwandig und vierwandig. Diese Krebszellen weisen eine signifikante Häufigkeit (etwa 12%) von drei bis fünf (oder manchmal mehr) Polspindeln auf, wenn man sie frei und ungehindert wachsen lässt. Bei Kanälen mit einer Tiefe von 3 &mgr;m erhöhte die zweiwandige Beschränkung dieses Auftreten jedoch auf über 60 %.
Dieses Ergebnis steht im Einklang mit früheren Forschungsergebnissen, die zeigen, dass mikrobeschränkte Krebszellen oft zu einer großen Anzahl von Tochterzellen mit Chromosomenanomalien führen können.
Eine andere Situation entsteht, wenn in kleineren Kanälen vier Wände vorhanden sind.
Bei Kanalbreiten von 22–30 μm enthielten etwa 10 % der Zellen in Kanälen mit einer Tiefe von 10 m multipolare Spindeln, während dieser Anteil bei Kanalbreiten von 8–12 μm auf nur noch 4 % abnahm.
Das klingt seltsam:
Wenn etwas Zurückhaltung ermutigt, warum sollte dann mehr Zurückhaltung die Entwicklung multipolarer Spindeln behindern?
Laut Jiang und seinen Kollegen hängt es davon ab, wie leicht die beiden Pole zusammenlaufen oder sich ein einzelner Pol spaltet. Um diese Prozesse besser zu verstehen, entwickelten sie ein einfaches Modell, das Pole wie winzige Objekte behandelt, die sich anziehen oder abstoßen können. Das Modell berücksichtigt auch Wechselwirkungen zwischen dem Inneren der Zellmembran und den Polen. Diese Wechselwirkungen sind entscheidend im Fall eines vierwandigen Einschlusses, der dazu führt, dass sich die Zellen verlängern und die Pole im Durchschnitt näher an die Zellmembran bringen. Diese Nähe zur Membran verändert die Energiebilanz der Pol-Pol-Wechselwirkungen, erhöht die Wahrscheinlichkeit der Polaggregation und verringert die Wahrscheinlichkeit der Polspaltung, was wiederum die Multipolarität verringert.
Laut dem mathematischen Biologen Alex Mogilner von der New York University ist „ihr Thema für biomedizinische Anwendungen sehr relevant“, da viele Krebszellen sowie gesunde Zellen unangemessen multipolare Spindeln bilden und sich teilen. „Das ist in der Tat die erste Studie, die direkt zeigt, wie wichtig die Zellstruktur ist. Es ist ein hervorragendes Beispiel für einen physikalischen Bottom-up-Ansatz für ein herausforderndes biologisches Problem. Laut Jonathan Howard, Biophysiker der Yale University, „betonen die Ergebnisse auch, wie wenig wir über Spindelmultipolarität wissen“.
Ob die Erkenntnisse zu neuen Ansätzen zur Tumorunterdrückung führen werden, ist noch unklar. Joachim Rädler, Physiker für weiche Materie an der Ludwig-Maximilians-Universität München, warnt davor, dass es schwierig sein wird, Erkenntnisse aus im Labor gezüchteten Zellen in Behandlungen für den Menschen zu übertragen. Jiang ist jedoch optimistisch. Er behauptet, dass die Kontrolle des Grades der Einzelhaft in einem Tumor „eine mögliche Technik zur Krebsprävention und -behandlung sein könnte“. „Multipolare Spindeln fördern das Fortschreiten von Krebs zu bösartigeren Arten.“
Quelle: physical.aps.org/articles/v16/38
Günceleme: 11/03/2023 12:45