22.11.2009 21:07

Wie sich Erbinformation während der Keimzellentwicklung verteilt
ForscherInnen in Wien entdeckten erstmals molekulare Details des Mechanismus - 2 Fotos

Wien - Eine der Grundlagen, wie es zur Verteilung der Erbinformation bei der Entwicklung von Keimzellen (Ei- oder Samenzellen) kommt, haben WissenschafterInnen der Max F. Perutz Laboratories der Universität Wien entschlüsselt. Eine Arbeitsgruppe um Biochemikerin Verena Jantsch-Plunger entdeckte erstmals molekulare Details des Mechanismus, wie sich gleiche Chromosomenpaare beider Elternteile finden, um in die Keimzellen verteilt zu werden. Die neuen Erkenntnisse wurden nun in der Fachzeitschrift "Cell" veröffentlicht.

Im Gegensatz zur "normalen" Zellteilung (Mitose), bei der idente Chromosomen auf die Tochterzellen verteilt werden, läuft die Bildung von Keimzellen (Meiose), also Eizellen oder Spermien, kompliziert ab: Die Chromosomen in der Zelle verdoppeln sich, dann müssen sich die jeweils zusammengehörigen Chromosomen von Vater und Mutter finden und aneinanderlagern, damit sie genetisches Material austauschen können, um sich in der Folge neu gemischt in die Zellen der Nachkommen aufzuteilen. So findet man genetisches Material beider Elternteile in den Nachkommen, es entsteht genetische Diversität. Können sich die Chromosomenpaare nicht finden, können Erbdefekte bei den Nachkommen die Folge sein.

Untersuchungen

Die Arbeitsgruppe um Jantsch-Plunger hat mit Hilfe von Fördergeldern des Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) und des Wiener Wissenschafts- und Technologie Förderungsfonds (WWTF) Bedingungen und Zeitrahmen dieser Abläufe am Fadenwurm Caenorhabditis elegans durchgeführt. Der Wurm besitzt nur sechs Chromosomen-Paare, der Mensch im Gegensatz dazu 23. Da viele biologische Abläufe über die gleichen Mechanismen wie beim Menschen reguliert sind, könne man von den Ergebnissen der Experimente auf Säugetiere und den Menschen schließen.

Ergebnisse

Die Arbeitsgruppe konnte nun klären, dass das Protein SUN-1 eine Schlüsselrolle im molekularen Mechanismus der korrekten Chromosomen-Verteilung spielt. Innerhalb des Zellkerns werden die Chromosomen mit Hilfe eines Bewegungsapparats heftig durchmischt und bewegt. Besonders bemerkenswert sei, dass die Chromosomen an die Kernhülle angeheftet werden und von einem Bewegungsapparat außerhalb des Zellkerns gezogen werden. Wird das gleiche Chromosom des anderen Elternteils als passend erkannt, bilden diese mit zusätzlichen Proteinen einen festen Komplex. Haben sich alle Paare gefunden, wird der Bewegungsapparat abgeschaltet, der Austausch der Erbinformation kann stattfinden.

Die Rolle des Proteins in der Erkennung der gleichen Chromosomen war bereits durch vorangegangene Arbeiten Jantsch-Plungers bekannt, nun entdeckte das Team eine weitere Funktion: Das Zeitfenster, in dem sich die Chromosomen innerhalb des Kerns bewegen können, wird ebenfalls über das Protein SUN-1 reguliert. Ist das Protein chemisch mit Phosphor modifiziert, schaltet es die Bewegungsmaschinerie der Zelle ein. Sobald die Phosphorylierung aufgehoben ist, schaltet sich der Mechanismus wieder ab. "Man kann sich das wie Sockenpaare in der Waschmaschine vorstellen“, vereinfachte Jantsch-Plunger den komplexen Vorgang: "Solange sich die Waschmaschine dreht, kommen gleiche Socken zusammen und falsche stoßen einander ab. Haben sich alle Sockenpaare gefunden, schaltet sich die Maschine ab. Der Ein/Ausschalt-Knopf ist das Protein SUN-1." (red)

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Abstract
Cell: Meiotic Chromosome Homology Search Involves Modifications of the Nuclear Envelope Protein Matefin/SUN-1