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Chromosomen suchen nach dem perfekten Partner

DNA-Schädigung kann zu genomischer Instabilität und genetischer Prädisposition für Krankheiten wie Krebs führen. Im Rahmen eines EU-finanzierten Projekts wurden die beteiligten Mechanismen untersucht.
Chromosomen suchen nach dem perfekten Partner
Das Projekt 'In vivo choreography of DNA molecules and repair proteins during the search for homology' (CHOREOGRAPHY OF HR) konzentrierte sich auf einen Signalweg, der durch das Auftreten von Doppelstrangbrüchen aktiviert wird. Dieser Mechanismus ist als homologe Rekombination bekannt und nutzt eine unbeschädigte identische DNA-Sequenz, um das defekte Chromosom zu reparieren.

Die Forscher zeigten, dass sich die Mobilität von Chromosomen drastisch erhöht, wenn es zu einem Doppelstrangbruch kommt. Dies verbessert die Chance, ein Homolog für eine passende Sequenz zu finden.

Um die Bewegung der Chromosomen nachverfolgen zu können, verwendeten die Forscher fluoreszierenden Farbstoff zum Markieren zweier homologer DNA-Regionen in Hefezellen, die über einen doppelten Chromosomensatz verfügten (diploider Zustand). Vor der Beschädigung suchten die beiden homologen Regionen nur 3 % des Raums im Nukleus ab und belegten separate Gebiete. Nach dem Doppelstrangbruch kolokalisierten sich die homologen Stellen (Abschnitte von DNA-Sequenzen) jedoch zehnmal häufiger.

Da sich bewegende DNA zu nachteilhaften Chromosomenanordnungen führen kann, untersuchte das Team die beteiligten Mechanismen. Mithilfe hochmoderner hochauflösender Mikroskopie konnten sie die DNA-Bewegung bis zu tausendmal schneller abbilden.

Die Projektwissenschaftler stellten fest, dass die DNA-Exploration optimal abläuft. Schnelle, lokale Bewegung über einen kurzen Zeitraum liefert Präzision, die mit großräumiger Bewegung über längere Zeiträume hinweg kombiniert wird. Die Bewegung der Chromosomen verläuft diffusiv und breitet sich von einem Punkt graduell aus – so wird eine effiziente Suche ermöglicht.

Die Mitglieder von CHOREOGRAPHY OF HR veröffentlichten eine wissenschaftliche Arbeit über die Geschwindigkeit der Chromosomenbewegung in der Fachzeitschrift 'Nature Cell Biology', und eine weitere Arbeit über die beteiligten Mechanismen wird derzeit verfasst. Daten über diesen grundlegendsten aller Reparaturmechanismen könnten für die Behandlung von Krankheiten generell von gewaltiger Bedeutung sein.

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Schlüsselwörter

DNA-Schädigung, Krebs, Doppelstrangbruch, homologe Rekombination, DNA-Reparatur
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