35.7 : Spindle Assembly

Bei der eukaryotischen Zellteilung lagern sich Mikrotubuli um die duplizierten Chromosomen in einer bipolaren Anordnung an und bilden den Spindelapparat. Die Spindelmontage wird durch mehrere zusammenarbeitende Mechanismen unterstützt.

Die Spindelmontage beginnt, nachdem zwei Zentrosomen an gegenüberliegenden Enden der Zelle positioniert wurden. In tierischen Zellen befinden sich Spindelpole an den Zentrosomen.

Die Zentrosomen reifen und keimen bipolare Mikrotubuli, wobei das Minus-Ende am Spindelpol verankert ist und das Plus-Ende nach außen strahlt.

Gleichzeitig phosphorylieren multifunktionale Enzymkomplexe, sogenannte M-Cdks, mehrere Kernhüllkomponenten, wodurch die Kernhülle abgebaut und die kondensierten Chromosomen dem Zytoplasma ausgesetzt werden.

Bei der Keimbildung der Mikrotubuli an den Zentrosomen werden drei Arten von Mikrotubuli erzeugt. Interpolare Mikrotubuli stammen von entgegengesetzten Polen, deren Plusenden sich überlappen, wodurch ein antiparalleles Array in der Spindelmittelzone entsteht. Die Pluspunkte der Kinetochor-Mikrotubuli sind mit den Kinetochoren der freiliegenden Chromosomen verbunden. Astrale Mikrotubuli haben ihren Plus-End-Kontakt und interagieren mit dem Zellkortex, wodurch der Spindelpol positioniert wird.

In Abwesenheit von Zentrosomen helfen mitotische Chromosomen bei der assemblierung der acentrosomalen Spindel. Mitotische Chromosomen aktivieren Ran-GTP, ein Kernprotein. Aktiviertes Ran-GTP induziert die Freisetzung von Mikrotubuli-stabilisierenden Proteinen aus Proteinkomplexen im Zytosol. Die lokale Aktivierung dieser Faktoren fördert die lokalisierte Keimbildung und Stabilisierung der Mikrotubuli.

Mehrere Mikrotubuli-abhängige Motorproteine tragen ebenfalls zum Aufbau und zur Stabilisierung der Spindel bei.

Dynein verbindet astrale Mikrotubuli plus Enden mit Zell-Cortex-Komponenten und zieht die Spindelpole in Richtung Zell-Cortex. In der Mittelzone der Spindel verbindet sich Kinesin-5 mit interpolaren Mikrotubuli-Plus-Enden, um sie aneinander vorbeizuschieben und eine Kraft zu erzeugen, die die Pole auseinander drückt.

Kinesin-14 vernetzt die interpolaren Mikrotubuli in der Mittelzone der Spindel und erzeugt eine Spannung, die die Pole zusammenzieht. Kinesin-4 und Kinesin-10, die Chromokinesine, verbinden Mikrotubuli mit Chromosomenarmen, um die Chromosomen von den Polen wegzudrücken.

Das Gleichgewicht dieser gegensätzlichen Kräfte, die von den Motorproteinen erzeugt werden, bestimmt die endgültige Länge und Position der zusammengesetzten Spindel.