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Pflanzen helfen bei der Krebsforschung

29.07.2004


Kölner Max-Planck-Forscher haben in Pflanzen ein wichtiges Entwicklungsgen entschlüsselt, das bei höheren Tieren an der Krebsentstehung beteiligt ist


Blick mit dem Rasterelektronenmikroskop in das Innere einer normalen (links) sowie einer mutanten Blüte (rechts). Alle Strukturen der Blüte sind vollständig entwickelt, doch die Staubbeutel der Mutante sind leer und verkümmern, ein klarer Hinweis darauf, dass die Mutante keine männlichen Nachkommen bilden kann..

Bild: Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung


Im Gegensatz zu normalen Arabidopsis-Pflanzen (links) ist die RAD51-Mutante steril. Sie kann keine Nachkommen produzieren und ihre Samenschoten sind leer und verkümmern.

Bild: Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung



Die Funktionen eines Gens, dass eine Schlüsselrolle bei der Vererbung von Tieren, Pflanzen und Pilzen spielt, haben Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Züchtungsforschung und der Penn State University, USA, in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana aufgeklärt. Das Gen mit dem Namen RAD51 ist wichtig für die Rekombination und Reparatur des genetischen Materials bei der Vererbung. Beim Menschen könnte eine Störung dieses Prozesses zu Unfruchtbarkeit, Fehlgeburten oder Geburtsfehlern führen. Die Forscher gehen deshalb davon aus, dass das Gen eine Schlüsselrolle bei der Produktion von Spermien und Eizellen spielt und für die Verhinderung von Krebs von Bedeutung ist (PNAS 20. Juli 2004).



Die Entstehung von Krebs ist trotz intensiver Forschungsarbeiten noch immer ein weitgehend unverstandener Prozess. In den letzten Jahren beschäftigt man sich zunehmend mit der Stabilität bzw. Instabilität des Genoms als mögliche Krebsursache. Dabei wird die Stabilität des Genoms von einer Vielzahl von Mechanismen kontrolliert: Einer davon ist die homologe Rekombination, ein Mechanismus, der die fehlerfreie Reparatur von Schäden des Genoms erlaubt und bei dem das Gen RAD51 eine zentrale Rolle spielt.

RAD51 scheint zudem in tierischen Organismen mit Mechanismen verzahnt zu sein, die den Zellzyklus kontrollieren und daher in engem Zusammenhang mit der Krebsentstehung zu stehen. Doch das Gen konnte man bisher in höheren Tieren nicht untersuchen, da seine Funktion in diesen Organismen lebensnotwendig ist und Zellen, in denen dieses Gen defekt ist, sofort sterben.

Doch jetzt ist es Wissenschaftlern um Bernd Reiss am Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung in Zusammenarbeit mit Kollegen um Prof. Hong Ma an der Penn State University, USA, gelungen, Pflanzen zu untersuchen, bei denen man das RAD51-Gen zerstört hatte. Zum Erstaunen der Forscher blieben diese Pflanzen jedoch vollkommen lebensfähig und wuchsen genauso schnell und kräftig wie Pflanzen, in denen das Gen weiter intakt war. Dieser Befund legt nahe, das die bei höheren Tieren so wichtige Rolle von RAD51 für die Qualitätssicherung des Genoms bei Pflanzen (noch) nicht existiert. Aus diesen sowie jüngst bei dem Wurm C. elegans und der Fruchtfliege gemachten, in die gleiche Richtung gehenden Beobachtungen schlussfolgern die Forscher deshalb, dass RAD51 seine Bedeutung für die Genomstabilität erst in höheren Tieren erworben hat.

Doch RAD51 ist in Pflanzen nicht ohne Funktion. Pflanzen mit defektem RAD51 sind steril und können daher keine Samen bilden. Der Defekt betrifft sowohl männliche als auch weibliche Keimzellen und scheint daher von grundlegender Bedeutung für die Bildung von Nachkommen zu sein. Bei der eingehenden Untersuchung der Meiose, also des Prozesses, der der Vererbung in Keimzellen zugrunde liegt, konnten die Wissenschaftler jetzt erstmals für einen höheren Organismus nachweisen, dass RAD51 eine essentielle Rolle bei der Vererbung spielt.

So müssen die Träger der Erbinformation, die Chromosomen, bei der Bildung der Keimzellen geordnet und dann auf die nächste Generation von Zellen verteilt werden. Bei diploiden Organismen, wie dem Menschen oder auch Arabidopsis, ist die Erbinformation doppelt vorhanden. Daher müssen sich die homologen Chromosomen zuerst finden, bevor sie verteilt werden können. Doch bei der Untersuchung Gen-veränderter Arabidopsis-Pflanzen zeigte sich, dass die Erkennung der Chromosomen ohne RAD51 nicht mehr funktioniert: Statt sich paarweise anzuordnen, zerfielen die Chromosomen und wurden nicht mehr geordnet auf die Tochterzellen verteilt.

Die jetzt an der Pflanze Arabidopsis gemachten Erkenntnisse leisten einen wichtigen Beitrag, die Rolle des RAD51-Gens bei der Entwicklung und Vererbung, aber auch der Entstehung von Krebs in komplexen, mehrzelligen Organismen zu verstehen.

Originalveröffentlichung:

Wuxing Li, Changbin Chen, Ullrich Markmann-Mulisch, Ljudmilla Timofejeva, Elmon Schmelzer, Hong Ma and Bernd Reiss: "The Arabidopsis AtRAD51 gene is dispensable for vegetative development but required for meiosis", PNAS, vol. 101, no. 29, July 20, 2004

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Bernd Reiss, Ph.D.
Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung, Köln
Tel.: 0221 5062-220 oder -221
Fax: 0221 5062-213
E-Mail: reiss@mpiz-koeln.mpg.de

Dr. Bernd Wirsing | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpiz-koeln.mpg.de

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