Man stelle sich einen länglichen, nicht allzu stark aufgeblasenen Luftballon vor, um den man in der Mitte eine Schnur gebunden hat. Zieht man diese Schnur enger, wird offensichtlich, dass er seine Form in zwei kleinere Teil-Luftballons ändert. So ähnlich sieht das auch bei einer typischen Teilung einer Zelle aus – sofern die Zelle nicht zu groß ist. Genau das ist sie aber bei bestimmten Eizellen. Die „Schnur“ um diese Zellen, die die Zellteilung in Gang bringt, ist dabei jedoch nicht lang genug, um eine ganze Zelle zu umschließen. Wie die Zellteilung dennoch gelingt, erläutert dieser Artikel. Dabei ließ sich ein neuer molekularer Mechanismus beobachten, den man bildlich mit einer mechanischen Ratsche beschreiben kann.

Um eine Zelle in zwei zu teilen, muss nach der Aufteilung der Erbinformation auf beide Seiten eine physikalische Teilung auftreten, sodass die zwei Zellen von jeweils eigenen Membranen umgeben sind. In der Regel wird die Membran mithilfe eines kontraktilen Rings geteilt. Er bildet sich um die Zelle herum und schnürt sie ein. Es gibt allerdings Ausnahmen, in denen solch ein Ring nicht gebildet werden kann, da die Zelle zum Beispiel zu groß ist oder andere geometrische Faktoren die Ringbildung verhindern. 

Vor allem Zellen von Embryos sind oftmals mit einem Dotter verbunden, der nicht geteilt wird. In diesen Fällen bildet sich nur ein halber Ring, bzw. ein Band, das nur einen Teil der Zelle umrundet. Das Band hat lose Enden und kontrahiert, während es eine Hälfte der Zelle umschließt. Diese Art der Zellteilung kommt bei unilateralen Teilungen von Embryonen vor und bildet somit die Grundlage für die Entwicklung vieler verschiedener Arten, von Quallen über Eidechsen bis hin zu Schnabeltieren. Die physikalischen Mechanismen, die es ermöglichen, dass ein kontraktiles Band mit losen Enden stabil bleibt und die Zelle einschnüren kann, anstatt unter Spannung zu kollabieren, blieben bislang jedoch unklar.

In meiner Arbeit kombinierte ich Laserablationen am kontraktilen Band mit rheologischen Messungen des Zytoplasmas, um den Zellteilungsmechanismus zu untersuchen. Dadurch ließ sich zeigen, dass die Gelierung des Zytoplasmas durch das Interphasen-Mikrotubuli-Netzwerk ein wesentlicher Verankerungsmechanismus ist. Dieser ermöglicht es dem Band, während seines Wachstums stabil zu bleiben, sodass es wächst, bis es den Rand des Zytoplasmas bzw. den Dotter erreicht. Wenn die Zelle dann in die M-Phase des zweiten Zyklus übergeht, verflüssigt sich das Zytoplasma, wodurch die Verankerung des Bandes im Zytoplasma reduziert wird, was jedoch gleichzeitig die Beweglichkeit und Einschnürung des Bandes ermöglicht. 

Bevor das Band während der Einschnürung zu instabil wird und kollabiert, beginnt der nächste Zellzyklus, und mit dem Beginn der zweiten Zellteilung wird auch die erste Teilung wieder stabilisiert. Dieses Gleichgewicht zwischen Stabilität und Wachstum einerseits und Instabilität aber Einschnürung andererseits wiederholt sich über mehrere Zellzyklen, bis die erste Teilung abgeschlossen ist. Das führt zu einem mechanischen Ratschen-Mechanismus, der die Zellteilung ohne einen vollständigen Ring vorantreibt.