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Ein Netz aus Protein und DNA verpackt alle Chromosomen in einen einzigen Zellkern

24.08.2017

Jede unserer Zellen enthält die Gebrauchsanweisung des Lebens – die DNA. Diese ist normalerweise im Zellkern verpackt und von einer Membran umhüllt. Teilt sich eine Zelle, so muss auch die DNA an die Tochterzellen weitergegeben werden. Damit das reibungslos funktioniert, verdichten sich die insgesamt 2 Meter DNA pro Zelle zu vielen X-förmigen Transporteinheiten, den sogenannten mitotischen Chromosomen. Diese werden nun auf die beiden Tochterzellen aufgeteilt und dort wieder in jeweils einen einzigen Zellkern verpackt. Dabei ist es wichtig, dass alle Chromosomen gemeinsam in eine einzige Membranhülle kommen. Wenn einzelne Chromosomen separat verpackt werden, bilden sich mehrere kleine Zellkerne, was mitunter fatale Konsequenzen für den Organismus haben kann. So können in den kleinen Zellkernen etwa schwere DNA-Schäden entstehen, die zu Mutationen, Chromosomen-Umlagerung oder gar Chromosomenpulverisierung führen. Dies wird auch oft in Krebszellen beobachtet und trägt vermutlich zur Entartung der Krebszellen bei.

Wie Zellen es schaffen, ihr Genom richtig zu verpacken, war bisher nicht bekannt. Ein Forscherteam am IMBA konnte nun zeigen, mit welchem eleganten Mechanismus die Zelle alle Chromosomen mit einer Kernmembran umhüllt. Eine wichtige Rolle dabei spielt laut Forschern ein Protein namens BAF ("barrier-to-autointegration factor"). Es bindet in der Zelle an DNA und scheint für eine richtige Chromosomenverpackung eine wichtige Rolle zu spielen. Ist BAF nicht vorhanden, zersplittert der Kern in mehrere kleine Teile. In ihrer aktuellen Publikation im renommierten Fachmagazin Cell konnten die Forscher nun zeigen, welcher molekulare Mechanismus der Zelle hilft, ihr Genom fehlerfrei zu verpacken. Durch moderne Imaging Methoden von lebenden Zellen konnten die Forscher die genaue Funktion von BAF beschreiben und visualisieren, warum dieses kleine Protein bei der Zellteilung so wichtig ist.

BAF: Ein Protein, das die Chromosomen „unter eine Decke“ steckt

„BAF bildet kleine brückenartige Strukturen zwischen verschiedenen DNA Abschnitten und formt so eine Art engmaschiges Netz, das die einzelnen Chromosomen miteinander verbindet. Die Kernmembran legt sich dann auf diese dichtgewebte Struktur. Das molekulare Geflecht wirkt wie eine physische Barriere und verhindert, dass einzelne Chromosomen durch das Raster schlüpfen und separat verpackt werden. Durch BAF stecken sie also alle quasi unter einer Decke,“ erklärt Matthias Samwer, Postdoktorand am IMBA und Erstautor der aktuellen Publikation.

Für die Forscher waren die Erkenntnisse überraschend, zeigen sie doch erstmals, dass die DNA-Architektur auch für die Begrenzung von Zellorganellen eine wichtige Rolle spielt. „Unser Genom scheint hier als mechanisches Gerüst zu wirken. Große, molekulare Strukturen, wie eine Kernmembran, können sich an dieser Barriere an der Oberfläche orientieren und so alle Chromosomen umschließen. Wir freuen uns, dass wir nun einem der großen Rätsel der Zellteilung näherkommen konnten,“ berichtet Daniel Gerlich, Gruppenleiter am IMBA und Letztautor der Studie.

Originalpublikation: “DNA Cross-Bridging Shapes a Single Nucleus from a Set of Mitotic Chromosomes”, Samwer et al, Cell (2017), [http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2017.07.038] (http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2017.07.038)

Pressefotos: http://de.imba.oeaw.ac.at/index.php?id=516

Rückfragehinweis:
   Mag. Ines Méhu-Blantar
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   IMBA - Institut für Molekulare Biotechnologie GmbH
   Dr. Bohr-Gasse 3, 1030 Wien 
   T.:  +43 1 790 44-3628
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   E.:    ines.mehu-blantar@imba.oeaw.ac.at 
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