Das Zytoskelett

• Intrazelluläre Mikrotubuliorganisation

• Centrosomen

• Mikrotubuli-bindende Proteine

• Intrazelluläre Mikrotubuliorganisation

• Centrosomen

• Mikrotubuli-bindende Proteine

Filamente des Zytoskeletts halten Zellen in Form

Tubulin

AktinDNA

Mikrotubuliaufbau

• in doppel oder dreifach Mikrotubuli besteht die Wand eines Mikrotubulus zum Teil aus der Wand eines angefügten

• Tubulus A ist ein kompletter Zylinder aus 13 Protofilamenten• Die angefügten Tubuli B oder C bestehen aus weniger als 13

Protofilamenten (meistens 10)

• in doppel oder dreifach Mikrotubuli besteht die Wand eines Mikrotubulus zum Teil aus der Wand eines angefügten

• Tubulus A ist ein kompletter Zylinder aus 13 Protofilamenten• Die angefügten Tubuli B oder C bestehen aus weniger als 13

Protofilamenten (meistens 10)

Dynamische Instabilität

MAPs und Catastrophine können die Stabilität der Mikrotubuli beeinflussen

Mikrotubuli-bindende Proteine

Gelb, MT-bindende Domäne; pink, nach außen gerichtete Domäne; grün, 18 AS Repeats

Mikrotubuli-bindende Proteine

MAP2 Tau

Mikrotubuli-bindende ProteineExpression of tau protein induces process formation in SF9 cells

The Sf9 cell bodies have a round shape, with diameter of 20 µm. After expression of tau protein they develop a single process per cell, with uniform diameter of 1-2 µm and up to 100 µm long.

from: Biernat and Mandelkow, Molec.Biol.Cell., 10, 727-740,1999.

Alzheimer Hirn

Neurofibrillenbündel

• verdickte 20 nm Fibrillen im Cytolasma und Neuriten von Neuronen

• zwei Filamente sind helical umeinander gewunden

• Mikrotubuli-assoziiertes Protein Tau bildet die Hauptkomponente

Senile Plaques

• extrazelluläre Ablagerungen eines -Amyloidproteins

• in fibrillärer (7-10 nm) und nicht-fibrillärer Form

• kommt in diffusen und senilen Plaques vor

Alzheimer Erkrankung

normales Gehirn

Alois Alzheimer

Mikrotubuli-bindende Proteine

PHF: paired helical filaments

Mikrotubuli-bindende Proteine

Alzheimer-Patient rekombinantes tau-Protein

Mikrotubuli-bindende Proteine

Centrosomen

Mikrotubuli bilden sich an isolierten Centrosomen aus

Ultradünnschnitt von isolierten Centrosomen

Durch Erhöhung der Tubulin-Konzentration steigt die Zahl der Nukleations-ereignisse

Centrosomen

Mikrotubuli bilden sich an isolierten Centrosomen aus

Ultradünnschnitt von isolierten Centrosomen

Centrosomen

Mikrotubuli bilden sich an isolierten Centrosomen aus

Centrosomen

Positionierung von MTOCs in micro-Glaskammern(Holy et al., PNAS, 1997, 10:6228-31)

Centrosomen

Der Xenopus γ-Tubulin Ring Komplex

Negativ-stain EM-Aufnahmedes γ-Tubulin Ring Komplexes

γ-Tubulin Bindung an Mikrotubuli

• Im γ-Tubulin Ring Komplex sind mehrere Proteine mit α-, β- und γ-Tubulin verbunden

• Der Komplex hat eine Ringstruktur (linksgängige Helix), mit 25-28 nm Durchmesser

• Er bindet ausschließlich an ein Mikrotubuliende

• Im γ-Tubulin Ring Komplex sind mehrere Proteine mit α-, β- und γ-Tubulin verbunden

• Der Komplex hat eine Ringstruktur (linksgängige Helix), mit 25-28 nm Durchmesser

• Er bindet ausschließlich an ein Mikrotubuliende

Centrosomen

γ-Tubulin

Centrosomen

Centrosomen

MT-Bildungsorte(γ-Tubulin Ringkomplexe)

Centriolenpaar

Centrosomen-Matrix= pericentrioläre Region vom γ-Tubulin Ringkomplex

gebildete MT

Centrosomen

- verschiedene tierische Zellen (z.B. Maus-Embryo) und höhere Pflanzen haben keine Centrosomen

- molekulare Motoren

- verschiedene tierische Zellen (z.B. Maus-Embryo) und höhere Pflanzen haben keine Centrosomen

- molekulare Motoren

Centrosomen

Centrosomen

Mitose/ Zellteilung

Centrosomen

• Die Bildung der Tochter-Centriolen beginnt während der S-Phase

• Jedes Paar wird auf die Tochterzellen verteilt• Reorientierung der Centriolen in der G1-Phase

• Die Bildung der Tochter-Centriolen beginnt während der S-Phase

• Jedes Paar wird auf die Tochterzellen verteilt• Reorientierung der Centriolen in der G1-Phase

Centrosomen

1) Kinetochor-MTs2) Interpolare MTs3) Astrale MTs

1) Kinetochor-MTs2) Interpolare MTs3) Astrale MTs

Modelle der Chromatidenpaarung auf der Metaphasenplatte

a) Ostergren, 1940 – ziehende Kräfte für zentrieren auf der Metaphasen-Platteb) Inoue, 1960 – Protein Assembly Dynamicsc) McIntosh, 1969 – Molekulare Motoren, Polarität der MTsd) Margolis, Wilson, 1981 – Tretmühlenmodelle) Heute – Polarisation der MTsf) Heute – Kinesin-5 & Kinesin 10 (rot), Dynein (gelb) organisieren die Spindel

a) Ostergren, 1940 – ziehende Kräfte für zentrieren auf der Metaphasen-Platteb) Inoue, 1960 – Protein Assembly Dynamicsc) McIntosh, 1969 – Molekulare Motoren, Polarität der MTsd) Margolis, Wilson, 1981 – Tretmühlenmodelle) Heute – Polarisation der MTsf) Heute – Kinesin-5 & Kinesin 10 (rot), Dynein (gelb) organisieren die Spindel

Centrosomen

Der Aufbau des Spindelapparates hängt von der Anwesenheit von Ran-GTP abDer Aufbau des Spindelapparates hängt von der Anwesenheit von Ran-GTP ab

Centrosomen

• nicht-centrosomale Microtubuli• Ninein, nicht-centrosomales γ-Tubulin

Entwicklung der Asymmetrie von Mikrotubuli in Epithelzellen