Promotionsvortrag von Matthias Schmidt

Mikrotubuli sind hohle, zylinderförmige Filamente und bilden ein Bestandteil des Zytoskeletts. Die Wachstumdynamik der Mikrotubuli ist durch ihre „dynamische Instabilität“ geprägt, dem plötzlichen Wechsel von Wachstum zu Schrumpfen (Katastrophe) und umgekehrt (Rettung). Eine mikroskopische Theorie dieser dynamischen Instabilität ist die Grundlage für ein besseres Verständnis grundlegender Zellfunktionen wie der Zellteilung und eröffnet Möglichkeiten solche Prozesse zu beeinflusssen. Wir beschreiben und parametrisieren ein Mikrotubulus-Modell, das ein mechanisches, dreidimensionales Modell der Mikrotubulus-Struktur mit den chemischen Prozessen während des Wachstums verknüpft. Diese chemischen Prozesse sind die Polymerisation und Depolymerisation von Tubulin-Dimeren, den Bausteinen der Mikrotubuli, das Entstehen und Reißen von lateralen Bindungen zwischen benachbarten Tubulin-Monomeren und zufällige Hydrolyse. Aufgrund der Effizienz der Simulation trotz der Energieminimierungen nach jedem Event sind wir in der Lage, Mikrotubuli-Wachstum auf realistischen Zeitskalen zu simulieren und Katastrophen und Rettungen zu beobachten. Zusätzlich zur Analyse verschiedener Eigenschaften der simulierten Mikrotubuli und des Effekts einer Tubulin-Verdünnung, d.h. der plötzlichen Verringerung der Konzentration freier Tubulin-Dimere um den Mikrotubulus, haben wir auch den Einfluss einer Kopplung der Hydrolyserate an die Mechanik untersucht. Die Folge dieser mechanischen Kopplung ist ein effektiv antivektorieller Hydrolyse-Mechanismus und die Existenz von GTP-Tubulin-Dimeren deutlich weiter entfernt vom Plusende des Mikrotubulus.

Dissertation von Matthias Schmidt (2020): Chemomechanical Simulation of Microtubule Dynamics

Zurück