Beim Anglerspiel versuchen Kinder mit einer magnetischen Angel Fische, die ebenfalls einen Magneten besitzen, aus einem Plastikbecken zu fischen. Ähnlich funktioniert der Mechanismus bei der Entstehung einer Eizelle: Ein Spindelfaserapparat dockt in der Zelle wie ein Magnet an eine Einschnürung der Chromosomenpaare und trennt sie voneinander. Dabei unterlaufen der Zelle überraschend häufig Fehler, die schließlich zu Fehlgeburten oder Erbkrankheiten nach der Befruchtung der Eizelle führen können, haben Forscher am Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL) erstmals an lebenden Eizellen gezeigt.
Das Erbmaterial, die DNA, liegt in kompakter Form als Chromosomen in der Zelle vor. Insgesamt besitzt der Mensch 23 Chromosomen, die jeweils zweimal in jeder Zelle vorkommen. Dieser Satz an Chromosomen muss bei der Bildung einer Eizelle wieder halbiert werden. Denn das Spermium vom Mann trägt ebenfalls einen einfachen Chromosomensatz, sodass ein aus der Verschmelzung der beiden Keimzellen entstehender Mensch wieder insgesamt 46 Chromosomen besitzt. Doch die Halbierung des Satzes erweist sich bei der Eizellenbildung als äußerst schwierig: Eine faserartige Struktur, die einer Angelschnur gleicht und Mikrotubuli genannt wird, kann sich von 80 verschiedenen, sich gegenüberliegenden Orten in der Zelle bilden. Sie tritt mit dem sogenannten Kinetochor der Chromosomen in Kontakt. Das ist eine Proteinstruktur auf dem Chromosom, an der sich die Mikrotubuli wie über einen Magneten anheften. Erst nach der Anheftung werden die Kopien der Chromosomen zu den gegenüberliegenden Seiten der Zelle gezogen.
Dabei tritt unerwartet häufig das Prinzip des Versuchs und Irrtums auf ? mit verheerenden Konsequenzen: ?Insgesamt wurden 90 Prozent aller Chromosomen zunächst falsch fest geheftet?, erklärt Jan Ellenberg. Er war Leiter der Studie, in der Forscher herausfanden, dass das ?Fischen? der Mikrotubuli nach den Kinetochoren sehr ungenau abläuft. Das haben die Wissenschaftler erstmals an lebenden Eizellen von jungen Mäusen verfolgen können. Diese sind den menschlichen Eizellen sehr ähnlich und dienen daher als gutes Forschungsmodell. Über acht Stunden lang nahmen Ellenberg und seine Kollegen die erste Zellteilung über ein spezielles Mikroskop mit Videokamera auf. ?Im Mittel haben wir beobachtet, dass ein Chromosom dreimal angeheftet werden musste, bis es passte und die Anheftung stabil war?, erzählt Ellenberg. Durch einen Korrekturmechanismus in der Zelle sei die falsche Anheftung behoben worden.
Den Forschern fiel auch auf, dass sich die Mikrotubuli beim Angeln wie die Kinder beim Spiel verhalten: Sie schummeln. Die Kinder ziehen den Fisch mit ihrer magnetischen Angel in eine bestimmte Position, aus der sie ihn leichter erreichen können. Die Mikrotubuli verhalten sich genauso: ?Sie drücken die Chromosomenarme von sich weg zum Ende der Spindelfasern.? So sei laut Ellenberg die Chance größer, dass die Mikrotubuli das Kinetochor träfen.
Trotz der Schummelei ist die Anheftung bei der Bildung der Eizelle, auch Meiose genannt, sehr viel fehleranfälliger als bei der Zellteilung einer Körperzelle, der Mitose. Der Grund dafür könnte laut den Forschern darin zu suchen sein, dass der Vorläufer der Eizelle außergewöhnlich groß ist und es daher nicht wie bei der Mitose nur zwei Ausgangspunkte für die Mikrotubuli gibt, sondern 80.
Werden die Fehler nicht korrigiert, kann es dazu kommen, dass die Eizelle eine falsche Anzahl an Chromosomen mitbekommt. In 35 Prozent der Fälle sei eine solche Störung der Chromosomenzahl für eine Fehlgeburt verantwortlich, so Ellenberg. Es kann aber auch zu schwerwiegenden Erbkrankheiten kommen, wie dem Down-Syndrom. Hier kommt das Chromosom 21 statt zweimal gleich dreimal in jeder Zelle des Betroffenen vor.
?Jetzt haben wir ein viel besseres Verständnis über den Mechanismus?, resümiert Ellenberg. Als nächstes möchte er die Entstehung der Eizelle von älteren Mäusen beobachten, bei denen die Fehlerquote sehr viel höher liegt. Seine Hypothese lautet: ?Eizellen sind von Geburt an angelegt und damit sind auch alle Proteine schon vorhanden.? Reife die Eizelle heran sei sie schon alt, genauso wie auch die beinhalteten Proteine, die aufgrund des Alters mehr Defekte haben oder in geringerer Zahl vorliegen. Das könnte vor allem bei den Signalproteinen für den Korrekturmechanismus bei der Entstehung der Eizelle der Fall sein. Das wäre eine mögliche Erklärung dafür, warum mehr Fehler bei älteren Eizellen unterlaufen – als bei jungen.
Ellenberg, J. (European Molecular Biology Laboratory, Heidelberg) et al.: Cell, Volume 146, Issue 4, doi: 10.1016/j.cell.2011.07.031 wissenschaft.de ? Tabea Osthues
