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3.5 Die Polarität von Mikrotubuli

Die beiden Untersuchungsobjekte, Reticulomyxa filosa und Allogromia laticollaris haben im Gegensatz zu den meisten anderen Organismen ein Cytoskelett, das ständig und mit einer hohen Geschwindigkeit umgebaut wird. Dies wirft die Frage auf, ob diese Organismen trotz der ständigen Umstrukturierung ihres Cytoskeletts, zum Beispiel der Fusion von Filopodien unterschiedlicher Polarität, in der Lage sind, die Polarität der Mikrotubuli, wie bei anderen Zellen bekannt, mit dem Minus-Ende im Zellkörper und dem Plus- Ende in der Zellperipherie, aufrecht zu erhalten. Bei Reticulomyxa filosa ist diese Frage sehr aktuell, da offensichtlich nur ein Motorprotein, dessen Molekulargewicht und Enzymkinetik dem cytoplasmatischen Dynein anderer Organismen am nächsten kommen, sowohl für den anterograden, also von Zellkörper weg, als auch für den retrograden, zum Zellkörper hin gerichteten, Transport entlang von Mikrotubuli zuständig zu sein scheint. (Schliwa 1991, Euteneuer, Johnson und Schliwa, 1989, McIntosh und Porter, 1989)

Um die Frage der Mt-Polarität zu klären, wurden die Zellen der Tubulin-Dekoration nach Euteneuer und McIntosh (1980) unterworfen. Dabei werden an den bestehenden Mikrotubuli Tubulin-Hooks gebildet, deren Richtung Rückschlüsse auf die Polarität der Mt zuläßt.

3.5.1 Polarität der Mikrotubuli von Reticulomyxa filosa

Die Dekoration der Mt von Reticulomyxa mit Tubulin erwies sich wie erwartet als problematisch. Euteneuer, Haimo und Schliwa (1989) beobachteten, daß die Mikrotubulibündel von Reticulomyxa die hohe Salzkonzentration des Dekorationspuffers nicht überstehen und rasch ihre Struktur verlieren. Daher wurden in der hier verwendeten Präparation sowohl Lysismedium als auch Dekorationspuffer gegenüber den ursprünglichen Angaben von Euteneuer und McIntosh (1980) soweit verändert, daß in Kontrollpräparaten im Negative Staining nach der Lysis zumindest noch einige Mikrotubuli erhalten blieben. Trotzdem bestätigte sich im Ultradünnschnitt die Diagnose von Euteneuer et al (1989). Während die Mikrotubuli von zufällig in die Präparation geratenen Fremdorganismen gut erhalten blieben (Abb. 36), waren in den Überresten des Zellkörpers von Reticulomyxa fast keine Mt mehr zu finden. Abbildung 39 zeigt eine der ganz seltenen Ausnahmen, in denen noch intakte Mt vorhanden sind. Die Mikrotubuli sind deutlich zu erkennen und weisen teilweise eine eindeutige Protofilamentstruktur auf, sind jedoch nicht dekoriert und somit im Rahmen dieser Fragestellung nicht verwertbar.

3.5.2 Polarität der Mikrotubuli von Allogromia laticollaris

Der Querschnitt durch dekorierte größere Filopodien von Allogromia (Abb. 32) zeigt zahlreiche gut erhaltene Bündel von Mt, die in eine flockige elektronendichte~ Masse eingebettet sind. Die Wände der Mikrotubuli sind gut kontrastiert, aber die typische Protofilamentstruktur tritt nur unscharf zutage. Zusätzlich erscheinen nicht alle Mikrotubuli hohl, sondern in einem großen Prozentsatz von ihnen ist das Lumen der Mt elektronendicht. (Pfeile in Abb. 32.) Die Querschnitte dünnerer Filopodien sind im allgemeinen weniger stark (Abb. 33) oder nur einseitig (Abb. 34) mit dieser amorphen Masse erfüllt, was die Vermutung nahelegt, daß es sich nicht um eine biogene Struktur handelt, sondern um Niederschläge der Inkubationsmedien, mit denen die Dekoration der Mt durchgeführt wurde.

Die genauere Betrachtung der Mikrotubuliquerschnitte ergibt, daß sich an ihnen zahlreiche stark kontrastierte Anhänge gebildet haben. Diese Anhänge zeigen zumindest zum Teil eine Protofilamentstruktur, die auf den Aufbau aus Tubulin hinweist. Auch der Längsschnitt durch Filopodien beweist, daß eine Dekoration stattgefunden hat (Abb. 35). Die Drehrichtung dieser Anhänge weist laut Euteneuer und McIntosh (1980) auf die Polarität von Mikrotubuli hin. Analog zur Bildung des B-Tubulus am A-Tubulus in Axonemen läßt sich anhand der Rechte-Hand-Regel die Lage des Minusendes der Mikrotubuli bestimmen. Soweit sich die Drehrichtung der Tubulin-Hooks bestimmen läßt, weisen die meisten Mt gleiche Polarität auf, und zwar liegt bei Abb. 33 das -Ende der Mt oberhalb der Abbildungsebene, während es in Abb. 34 unterhalb der Abbildungsebene liegt. Wegen der geringen Anzahl eindeutig identifizierbarer Tubulin-Hooks sind gesicherte Aussagen über die Polarität von Mt mit dem vorliegenden Material nicht möglich. Für eindeutige Aussagen müßte die Dekorationsprozedur noch verbessert werden.

3.5.3 Protofilamentanzahl in dekorierten Mikrotubuli von Allogromia

Wie unter 3.5.1 erwähnt, ließ sich die genaue Protofilamentanzahl der dekorierten Mt von Allogromia laticollaris im Ultradünnschnitt nicht identifizieren. Da aber nicht auszuschließen ist, daß die dekorierten Mt nicht von Allogromia selbst stammen, sondern während der Inkubation mit Tubulin neu entstanden sind, wäre die Anzahl der Protofilamente ein wichtiges Indiz dafür, ob diese Mt von einem MTOC nucleiert worden sind, oder sich de novo aus freiem Tubulin gebildet haben. Evans et al. (1985) haben nachgewiesen, daß MTOCs Mt mit einer MTOC-spezifischen konstanten Anzahl von Protofilamenten bilden, während frei entstandene Mt in der Anzahl ihrer Protofilamente nicht konstant sind, sondern zwischen 13 und 15 Protofilamenten enthalten. Daher wurde mit Hilfe der Markham-Rotation die Anzahl der Protofilamente der dekorierten Mt bestimmt. In allen Fällen, in denen die Ergebnisse der Rotationsanalyse eindeutig waren, betrug die Anzahl der Protofilamente 13 und deckte sich damit mit den von Hauser und Schwab (1974) für die Mt von Allogromia ermittelten Werten. (Abbildung 38 a - c.) Dieses Ergebnis legt nahe, daß es sich bei den dekorierten Mikrotubuli nicht um künstlich erzeugte handelt.

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