Alterung in einzelligen Eukaryoten

FG Makromolekulare Chemie und Molekulare Materialien / FG Mikrobiologie

Abb.1: Zeitraffer-Aufnahmen einer einzelnen Hefe Mutterzelle, die den replikativen Zellzyklus aktiviert (START). Verschiedene Stadien vom ersten Auftreten der Knospe bis zur Zytokinese sind dargestellt. Nach einer bestimmten Anzahl replikativer Zyklen wird der START Punkt des Zellzyklus nicht mehr passiert und die Mutterzelle stirbt. Die Anzahl der replikativen Zyklen wird durch verschiedene zelluläre Prozesse moduliert, darunter Nährstoff-Signalweiterleitung, Protein-Homöostase und Autophagie.
Abb.2: Querschnitt durch eine Diatomeen Zellwand, in der eine Hälfte (Generation) mit einem Fluoreszenz-Farbstoff gefärbt ist (grün). Die Chloroplasten erscheinen rot. Konfokale Fluoreszenz-mikroskopische Aufnahme von M. Kucki und M. Maniak.

Projektmitglieder: Bahar Khonsari, Roland Klassen, Thomas Fuhrmann-Lieker, Raffael Schaffrath

Einzellige Eukaryoten mit einem asymmetrischen Zellteilungsmechanismus stellen wertvolle Werkzeuge zur Erforschung von Mechanismen und Modulatoren der replikativen und chronologischen Zellalterung dar. In einer kollaborativen Forschungsinitiative der beteiligten Fachgebiete werden Schlüsselmodulatoren der Zellalterung hinsichtlich möglicher funktioneller Konservierung zwischen den entfernt verwandten Gruppen der Diatomeen (als Vertreter der Stramenopiles) und der Hefen (als Vertreter der Fungi) untersucht.

Die Sprosshefe Saccharomyces cerevisiae wurde als Modellsystem in der Alterungsforschung verwendet und führte zur Identifikation von Faktoren wie Nährstoffangebot und -Signalverarbeitung, Autophagie und Protein Homöostase, die die Zellalterung auch in höheren Eukaryoten beeinflussen. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass pharmakologische Inhibition der Nährstoff-Signalweiterleitung durch Rapamycin oder davon abgeleitete Wirkstoffe lebensverlängernde Effekte in verschiedenen Modellsystemen verursacht. Jedoch fehlt ein umfassendes Verständnis, wie verschiedene Alterungsfaktoren funktionell interagieren. In diesem Projekt werden verschiedene Hefe Gene mit einem bekannten Einfluss auf die oben genannten zellulären Prozesse untersucht, deren Einfluss auf die Zellalterung bisher unbekannt ist. Beispielsweise führten genetische Untersuchungen in Hefe zur Identifikation von Rapamycin Resistenzgenen, deren Rolle in der Rapamycin induzierten Verlängerung der Lebensdauer aber unbekannt sind und in diesem Projekt untersucht werden sollen.

Die Zellteilung von Diatomeen (Kieselalgen) ist durch das Vorhandensein einer einzigartigen Silikat-Hülle charakterisiert, welche an die nächste Generation in asymmetrischer Weise weitergegeben wird. Daher wird angenommen, dass Diatomeen sowohl Gemeinsamkeiten als auch Unterschiede zu anderen einzelligen Eukaryoten im Hinblick auf die Zellalterung aufweisen. Das gemeinsame Projekt beinhaltet erste Alterungsstudien in natürlichen und synchronisierten Kulturen von Diatomeen. Spezifische Anfärbungen mit dafür geeigneten Farbstoffen sollen dabei die Rückverfolgung verschiedener Generationen ermöglichen.