Nur 50 Moleküle halten die Chromosomen im Zaum

14. Mai 2013, 14:48
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Freiburger Forscher untersuchten Proteine, die in einer Bakterienzelle die Struktur des Erbguts sichern

Chromosomen sind lange fadenförmige Moleküle, auf denen die die Erbinformation kodiert ist. Dieser Faden ist dabei 2.000- bis 10.000-mal länger als die Zelle selbst. Er muss also gefaltet werden, damit er hinein passt - und dies geschieht nicht zufällig: Eine geordnete dreidimensionale Struktur ist essenziell, damit das Chromosom für viele Prozesse in der Zelle zugänglich ist. SMC-Proteine halten eine definierte Struktur des Chromosoms aufrecht und sorgen dafür, dass es nicht zu einem Zufallsknäuel zusammenfällt. Deutsche Forscher haben nun herausgefunden, wie die SMC-Proteine es schaffen, das Erbgut in Ordnung zu halten.

Mit schneller Fluoreszenzmikroskopie war es den Wissenschaftern von der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg möglich, die Bewegungsmuster einzelner SMC-Moleküle sichtbar zu machen und automatisiert zu verfolgen. Dadurch konnten sie demonstrieren, wie nur etwa 50 Moleküle das gesamte Chromosom einer Bakterienzelle zusammendrücken und gleichzeitig seine dreidimensionale Struktur erhalten.

50 Moleküle halten die DNA im Zaum

20 Prozent der SMC-Moleküle in einer Bakterienzelle sind statisch: Sie sind in zwei Zentren auf dem Chromosom gebunden. Zusätzlich enthält die Zelle dynamische SMC-Moleküle, deren Anteil 80 Prozent beträgt und die über das gesamte Erbgut wandern. Sie halten das Chromosom zusammen und organisieren es. Die Entdeckung der mobilen SMC-Proteine und ihrer kontinuierlich hohen Dynamik erklärt, wie nur wenige Proteinmoleküle ein Chromosom aus mehr als vier Millionen Nukleotid-Bausteinen dreidimensional anordnen können.

Mit weiteren biochemischen Versuchen wies das Team der Wissenschafter nach, dass nur die mobilen SMC-Moleküle direkt mit dem Erbgut interagieren, die statischen sind dazu nicht in der Lage. Beide üben jedoch wichtige Funktionen für die Zelle und die Zusammenfaltung der Chromosomen aus. Die neuen Erkenntnisse lassen sich vermutlich auf menschliche SMC-Komplexe übertragen: Denn SMC-Proteine kommen nicht nur in Bakterien vor, sondern sind auch in höheren Zellen für die Zellteilung und die Organisation von Chromosomen notwendig. (red, derStandard.at, 18.05.2013)

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