Geschlechtszellen wie Spermien und Eizellen entstehen durch eine Zellteilungs-Abfolge namens "Meiose", während der das Erbgut neu gemischt wird. Während dieser stanzt ein Eiweißstoff (Spo11) zunächst Lücken aus dem Erbgut, damit es dort neu kombiniert werden kann, berichten Wiener Forscher. Dadurch können zwar Mutationen entstehen, vor allem aber wird dadurch wohl die Vielfalt der Arten gesteigert, erklären sie im Fachjournal "Nature".

Meiose beginnt mit kontrollierter Selbstverletzung, so die Forscher um Franz Klein von der Abteilung für Chromosomenbiologie der Max F. Perutz Laboratories (MFPL) der Universität Wien und der Medizinischen Universität Wien in einer Aussendung. Mit Hilfe des Eiweißstoffes namens Spo11 werden die Chromosomen an hunderten Stellen aufgebrochen. Die Reparatur dieser Schäden ergibt die Gelegenheit, die Einzelteile neu zu verbinden und Stücke zwischen den Chromosomen auszutauschen, erklären sie.

Etwa ein Fünftel dieser "Doppelstrangbrüche" (das Erbgut besteht wie eine Strickleiter aus zwei Strängen, die sein Rückgrat bilden - bei Doppelstrangbrüchen werden beide durchtrennt) liegt nahe beieinander, tritt also paarweise auf. "Dadurch werden DNA-Stücke aus den Chromosomen gestanzt", so Klein. Dort können die Erbgut-Teile wie bei einfachen Brüchen neu kombiniert (rekombiniert) werden.

Schädliche Mutationen und genetische Vielfalt

Beim Brechen muss die DNA stark gebogen werden. Das passiert am häufigsten, wo sie durch Verdrillung unter großer Spannung steht, berichten die Forscher.

Dass die Zellen die Chromosomen mithilfe von Spo11 durchlöchern und -stanzen bringt ein hohes Risiko, Informationen zu verlieren oder die Stückchen an falschen Stellen wieder einzubauen. Dadurch entstehen freilich schädliche Mutationen. Auf der anderen Seite ermöglicht dies einerseits genetische Vielfalt, die für fast jede Art (Spezies) vorteilhaft ist. Außerdem können die Zellen dadurch Steuerungselemente zwischen verschiedenen Stellen auf dem Erbgut austauschen, so Klein. Dies könnte durch die paarweisen Doppelstrangbrüche deutlich beschleunigt werden, meint er: "Das ist eine riskante Angelegenheit für einzelne Zellen, für die Spezies allerdings allemal das Risiko wert.

Service: https://dx.doi.org/10.1038/s41586-021-03632-x