20.000 Angriffe auf die Gen-Struktur pro Tag

25. Oktober 2002, 06:30
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Israelische Wissenschafter beobachteten Reparatur-Mechanismus, der die Mutationsrate dennoch im Zaum hält

Jerusalem - 20.000 "Angriffe" pro Tag - das ist die durchschnittliche Schadensrate, mit der es die Gene in jeder Zelle unseres Körpers aufnehmen müssen. Wie werden unzählige Mutationen verhindert? - In einer Studie, die in der Oktoberausgabe der Zeitschrift "Molecular Cell" erscheint, bewiesen Wissenschafter des israelischen Weizmann Instituts die Existenz eines lebenswichtigen Reparaturmechanismus, mit dem die Zellen diese Schäden beheben und zeigten, dass dieser Mechanismus für 85 Prozent der so genannten "Plan-B"-Reparaturen verantwortlich ist: Ausgleichsmechanismen als letzte Rettung.

"Gene können durch unterschiedliche Faktoren geschädigt werden, sei es durch ultraviolette Strahlung, Zigarettenrauch oder bestimmte Viren. Wenn keine Reparatur erfolgt, führt der Defekt zu Mutationen, die sich wiederum in Krankheit äußern können", teilte das Weizmann Institut in einer Aussendung mit.

"Plan A" und "B"

Für die erste Rettungsstrategie für genetische Reparaturen - sozusagen "Plan A" - ist meist ein Mechanismus verantwortlich, der nach dem Prinzip "Alles oder Nichts" funktioniert: Schlägt die Reparatur fehl, wird sie unterbrochen und führt zum Zelltod (Apoptose).

Glücklicherweise hat die Natur die Zellen mit zwei alternativen Reparaturmechanismen ausgestattet, die einsetzen, wenn der erste Rettungsmechanismus versagt. Das eine System ist ungenau - es repariert zwar die Gene, lässt aber die Bildung einer relativ kleinen Anzahl von Mutationen zu. Obwohl auch das ein bestimmtes Risiko birgt, sichert es das Fortbestehen der Zelle. Wichtig ist aber auch, dass dieser Mechanismus zu genetischer Vielfalt führt und die natürliche Selektion, die Triebkraft der Evolution, ins Spiel bringt.

"Plan B von B"

Das zweite alternative Reparatursystem wurde 1960 als wissenschaftliche Hypothese beschrieben, jedoch bis zur vorliegenden Studie niemals bewiesen. Dieses System, welches sich auf die Hilfe der "Schwesterchromosomen" stützt, ermöglicht der Zelle die Reparatur genetischer Schaden ohne Mutationsrisiko.

Während der Zellteilung entstehen aus jedem Chromosom - jener Strukturen im Zellkern, welche die DNA enthalten - zwei identische "Schwesterchromosome". Jede der Schwestern wandert in eine der beiden neu entstehenden Zellen.

Einspringer

Man nahm also an, dass im Falle eines Schadens am Erbgut das gesunde Schwesternchromosom für das geschädigte einspringt. Die defekte Erbinformation kann mit Hilfe des entsprechenden DNA-Abschnitts auf dem Schwesternchromosom präzise rekonstruiert werden. Aus dem intakten Chromosom löst sich von dem entsprechenden Segment eine Hälfte des DNA-Doppelstrangs, wandert zum defekten Chromosom und hilft dort, den Schaden zu beheben.

Die Lücke im Spenderchromosom wird mit Hilfe der verbleibenden Hälfte des DNA-Stranges wieder geschlossen. Beide Chromosomen enthalten nun wieder ein komplettes, unbeschädigtes Segment mit der Erbinformation.

Beobachtet

In der neuen Studie gelang es Prof. Zvi Livneh, dem Leiter der Abteilung Biologische Chemie des Weizmann Instituts, zum ersten Mal, den Reparaturmechanismus live zu beobachten. Darüber hinaus zeigten Livneh und sein Team, dass der Reparaturmechanismus, der mit der "Gen-Spende" des Schwesterchromosoms operiert, ungewöhnlich häufig vorkommt: Er ist für 85 Prozent der "Plan-B-Reparaturen" verantwortlich, jenen Mechanismen, die einsetzen, wenn Plan-A-Reparaturen, die nach dem "Alles-oder-Nichts" Prinzip funktionieren, fehlschlagen. Das andere System nach "Plan B", das mit geringer Präzision arbeitet und Mutationen zulässt, ist nur für rund 15 Prozent der Reparaturen verantwortlich.

Die Reparaturmechanismen, die von den israelischen Wissenschaftern an E. Coli-Bakterien untersucht wurden, wurden von der Evolution an alle höheren Lebensformen weitergegeben, das heißt, dass sie mit geringen Abwandlungen auch bei anderen Lebewesen, einschließlich des Menschen, funktionieren. Die Ergebnisse konnten daher wichtige Hinweise fur die Bekämpfung von Krankheiten und die Entwicklung von Gentherapien liefern. Darüber hinaus können diese Ergebnisse auch dabei helfen, der wachsenden Widerstandskraft von Bakterien gegen Antibiotika entgegenzuwirken, hieß es abschließend. (APA)

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    Menschliche Chromosomen

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