LONDON (IT BOLTWISE) – Die faszinierende Fähigkeit von Zellen, durch kollektives Handeln komplexe Strukturen zu formen, ist ein zentrales Thema der modernen Entwicklungsbiologie. Eine neue Studie, veröffentlicht in den ‘Proceedings of the National Academy of Sciences’, beleuchtet, wie Zellen trotz unterschiedlicher Proteinproduktion eine geordnete extrazelluläre Matrix (ECM) bilden.

Die Untersuchung, an der die Universität Bielefeld maßgeblich beteiligt war, zeigt, dass Zellen in der Lage sind, eine stabile äußere Struktur zu schaffen, obwohl sie Proteine in variierenden Mengen produzieren. Diese Fähigkeit zur Selbstorganisation wurde anhand der Grünalge Volvox carteri untersucht, einem Modellorganismus, der aus etwa 2000 Zellen besteht.

Die extrazelluläre Matrix, ein netzartiges Material, das von Zellen abgesondert wird, spielt eine entscheidende Rolle in der Entwicklung vielzelliger Organismen. Sie verleiht Geweben Struktur, überträgt Signale und ist essenziell für die Entwicklung von Haut, Knorpel und Gehirn beim Menschen. In der Studie wurde das ECM-Protein Pherophorin II mit einem fluoreszierenden Marker versehen, um seine Verteilung und Struktur sichtbar zu machen.

Die Ergebnisse zeigen, dass Pherophorin II an den Grenzstrukturen der ECM lokalisiert ist, wo die Kompartimente der Zellen aneinanderstoßen. Trotz der variablen Proteinproduktion bleibt die äußere Struktur des Organismus stabil und kugelförmig. Dies deutet darauf hin, dass keine einzelne Zelle die ECM kontrolliert, sondern viele Zellen gemeinsam und koordiniert daran arbeiten.

Die Forscher fanden heraus, dass die Fläche der ECM-Kompartimente einer k-Gamma-Verteilung folgt, was auf eine stark schwankende Proteinproduktion hinweist. Diese Erkenntnisse liefern neue Einblicke in die Selbstorganisation von Zellen und zeigen, wie biologische, physikalische und mathematische Prozesse zusammenwirken, um komplexe Strukturen zu schaffen.

Die Studie entstand in Zusammenarbeit mit dem Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics der Universität Cambridge. Professor Raymond Goldstein betont die Synergie zwischen Biologie, Physik und Mathematik, die zur Entschlüsselung der Geheimnisse des Lebens beiträgt. Die Forschung wurde unter anderem vom Wellcome Trust und der John Templeton Foundation gefördert.

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Wie Zellen im Team komplexe Strukturen aufbauen
Wie Zellen im Team komplexe Strukturen aufbauen (Foto: DALL-E, IT BOLTWISE)



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