ForscherInnen in Wien entdeckten erstmals molekulare Details des Mechanismus
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)
