Ein genetisches Rätsel lösen
Ein europäisches Team von Wissenschaftlern hat herausgefunden, wie Zellen Informationen genau erben, die nicht in ihren Genen enthalten sind. Die Forschung, die in der Fachzeitschrift Developmental Cell vorgestellt wurde, wurde zum Teil durch das Projekt EPICENTROMERE ("Determining the epigenetic mechanism of centromere propagation") finanziert, das eine internationale Wiedereingliederungshilfe aus dem Marie-Curie-Programm im Wert von 100 000 EUR unter dem Siebten Rahmenprogramm (RP7) erhalten hat. Die Ergebnisse helfen, die Teile eines Puzzles zu den biologischen Prozessen von Genen und Zellen, insbesondere der Zellteilung, zusammenzufügen. Obwohl die 10 Billionen Zellen des erwachsenen menschlichen Körpers genetisch identisch sind, entwickeln sie sich zu verschiedenen Zelltypen wie Nervenzellen, Hautzellen und Muskelzellen. Diese besondere Qualität wird durch Aktivierung bestimmter Gene und die Hemmung anderer ausgelöst. Spezialisierte Zellen haben die Fähigkeit, sich an ihre individuelle Identität zu erinnern, indem sie wissen, welche Gene aktiviert sein müssen oder nicht oder sogar, indem sie sich selbst kopieren. Unter der Leitung von Lars Jansen vom Instituto Gulbenkian de Ciência (IGC) in Portugal sagen die Forscher, dass diese Art von Erinnerung zwar nicht direkt auf die Desoxyribonukleinsäure (DNA) geschrieben wird aber vererbbar ist. In der Zwischenzeit sind nicht-genetische oder sogenannte epigenetische Anweisungen normalerweise in Proteinen enthalten und steuern sowohl die Gene und als auch die Anordnung der Chromosomen. Das Team entdeckte, wie eines dieser epigenetischen organisierenden Zentren von Mutter- auf Tochterzellen weitergegeben wird. Die Erkenntnisse könnten den Wissenschaftlern dabei helfen festzustellen, wie ein Fehler in der Zellteilung Krebs auslösen kann. Die Forscher setzten ein Schlaglicht auf das Zentromer, eine Protein-Struktur auf jedem Chromosom, das dieses an das Zellskelett (Zytoskelett) während der Zellteilung anheftet. Dies garantiert, dass tatsächlich jede Tochterzelle einen Satz neuer Chromosomen erhält. Die Wissenschaftler betonen, wie wichtig es ist, dass diese Zentromere richtig funktionieren. Wenn der Prozess nicht perfekt ist, können Zellen eine falsche Anzahl von Genen erhalten, was dann zur Entstehung von Tumorzellen führt. "Wenn Zellen sich teilen, machen sie genau zwei Kopien aller Gene, um an genau zwei Zellen weitergegeben zu werden", erklärt die Hauptautorin Mariana Silva, eine Doktorandin aus dem Labor Jansen. "Ein ähnliches Kunststück muss auch für nicht-genetische Informationen erfolgen. Aber wie kopiert die Zelle eine Proteinstruktur? Und wie stellt sie sicher, dass genau die richtige Anzahl von Kopien gemacht werden? Diese Frage stellt die Wissenschaft immer noch vor große Rätsel. Wir konzentrierten unsere Bemühungen auf das Zentromer, weil das Schlüsselprotein, das für sein epigenetisches Verhalten zuständig ist, bekannt ist." Dieses Protein ist den Wissenschaftler als CENP-A bekannt. Es hat ein "molekulares Gedächtnis" des Zentromers und gewährleistet dadurch seine Vererbung. In früheren Studien hatten Dr. Jansen und Kollegen festgestellt, dass, obwohl Zellen ihre DNA vor der Mitose duplizieren, die Duplizierung des Zentromers, die durch das CENP-A-Protein geleitet wird, erst nach der Mitose erfolgt. Aber niemand wusste, was der auslösende Faktor der Vervielfältigung ist oder wie die Genauigkeit garantiert wird ... bis jetzt. In dieser neuesten Studie zeigen die Forscher wie die gleichen Mechanismen, die den bekannten Prozess der DNA-Duplizierung steuern, dies auch für die CENP-A-Duplizierung tun. Diese Mechanismen wirken wie eine molekulare Uhr, sie regen die verschiedenen Schritte des Zellzyklus nacheinander an. Dr. Jansen kommentiert: "Wir haben einen sehr einfachen, klaren Mechanismus aufgedeckt, bei dem die Zelle DNA-Duplizierung, Zellteilung und Zentromerzusammenbau mit einander kombiniert. Durch Verwendung der gleichen Mechanismen (Cdks) in allen diesen Schritten, aber in entgegengesetzter Weise, stellt die Zelle sicher, dass die richtige Anzahl von Kopien beider Gene und Centromere gemacht wird, indem sie jede zu einem geeigneten Zeitpunkt zulässt. Werden diese kritischen Prozesse zeitlich getrennt, könnten Fehler vermieden werden. Mit dem Verständnis dieser allgemeinen Grundsätze der epigenetischen Vererbung können wir auch verstehen, wie Gene reguliert werden, wie Genome organisiert sind und auch das breite Spektrum von Erkrankungen, welche durch Fehler in diesen Mechanismen entstehen." An dieser Studie beteiligten sich Experten aus dem Vereinigten Königreich und den Vereinigten Staaten.For more information, please visit: Instituto Gulbenkian de Ciência: http://www.igc.gulbenkian.pt/(öffnet in neuem Fenster) Developmental Cell: http://www.cell.com/developmental-cell/abstract/S1534-5807(11)00118-3(öffnet in neuem Fenster)
Länder
Portugal, Vereinigtes Königreich, Vereinigte Staaten