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Virtuelle Zelle: Destruktive und kreative Prozesse für Zellregulation gleich wichtig

(Wien, 02-07-2012) Forscher der MedUni Wien haben mittels eines virtuellen Zell-Modells am Computer nachgewiesen, dass zerstörerische Prozesse, die regulatorisch aktive Moleküle abbauen, in Zellen genauso wichtig sind, wie Prozesse die regulatorisch aktive Moleküle synthetisieren.

Zugleich wurde von Rudolf Hanel und Kollegen vom Institut für die Wissenschaft komplexer Systeme in Modellversuchen gezeigt, dass molekulare Zerfallsraten und der „molekulare Werkzeugsatz“, welcher in einer Zelle Verwendung findet, eng miteinander verknüpft sind. Selbst kleine Veränderungen in den Zerfallsraten von Proteinen können den „molekularen Werkzeugsatz“ von Zellen substanziell ändern und somit den entstehenden Zelltypus regulieren. Hanel: „Das Kontrollieren des Proteinzerfalls ist eine vergleichsweise einfache Alternative für die Zelle, ihren Proteinhaushalt zu regulieren und die Zelldifferenzierung zu beeinflussen.“

Die Entdeckung dieses Mechanismus‘ im Modell stellt einen wichtigen Schritt auf dem Weg zur Kontrolle und Steuerung der Zelldifferentierung dar. Hanel: „Damit ließe sich Zelldifferenzierung auf maximal effiziente Art und Weise steuern.“ Unter der Zelldifferenzierung versteht man in der Entwicklungsbiologie die Entwicklung von Zellen oder Geweben von einem weniger spezialisierten in einen stärker spezialisierten Zustand. Das spielt zum Beispiel bei der Entwicklung eines vielzelligen Organismus oder bei der Aufrechterhaltung der Körperfunktionen eine große Rolle.

Da differenzierte Zellen (Zellen, die aus Stammzellen hervorgehen aber im vielzelligen Organismus verschiedene Funktionen  ausbilden wie etwa Muskel und Hautzellen) sich sowohl in ihren molekularen Zerfallsraten als auch ihrem  „molekularen Werkzeugsätze“ unterscheiden, zeigt das virtuelle Zell-Modell wie konkret die Beeinflussung des Proteinzerfalls etwa, den Vorgang der Zelldifferenzierung beeinflussen kann.

Service: PLoS ONE
“A self-organized model for cell-differentiation based on variations of molecular decay rates”. R. Hanel, M. Pöchhacker, M. Schölling, S. Thurner. PLoS ONE 7(5): e36679. doi:10.1371/journal.pone.0036679.
http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0036679