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Wo geht`s zum Start? - Dem Geheimnis der DNA-Verdopplung bei der Zellteilung auf der Spur

07.04.2006
Zellen teilen sich, damit ein Organismus wachsen kann, Wunden schließt oder Zellen erneuert. Bevor sich eine Zelle jedoch teilt und damit vermehrt, muss sie ihren gesamten Chromosomensatz mit der Erbinformation DNA verdoppeln. Dieses biologische Grundprinzip gilt für die Hefe, für Bakterien, Viren, alle Säugetiere und damit auch für den Menschen. Dabei muss die Zelle sicherstellen, dass die gesamte Erbinformation - beim Menschen immerhin rund drei Milliarden Genbausteine - lückenlos kopiert wird, um genomische Instabilität und damit Fehlbildungen oder Krankheiten wie Krebs zu vermeiden.

Wie und wo aber fängt dieser Vorgang der DNA-Verdopplung (Replikation) an? "Seit 20 Jahren versucht die Forschung bei Säugern solche Startsequenzen zu identifizieren, findet sie aber nicht", sagt Dr. Manfred Gossen, Forschungsgruppenleiter am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) Berlin-Buch. Licht in diese "Blackbox", so Dr. Gossen, bringt jetzt möglicherweise die Arbeit eines Mitarbeiters aus seinem Labor, Dr. Anand Ranjan, die jetzt die Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) (Vol. 103, No. 13, pp. 4864- 4869, 2006) veröffentlicht haben.

Bei der Hefe etwa kennt die Forschung die Startpunkte (engl. "Origins", für Ursprung) für die DNA-Verdopplung. Hier bindet in Gegenwart von dem als Energieträger bekannten Mokelül ATP ein Komplex aus mehreren Proteinen an bestimmte Regionen der DNA, was den Verdopplungsprozess des Erbmaterials auslöst. ATP sorgt dafür, dass der Proteinkomplex die Startpunkte für die Verdopplung erkennt.

Beim Menschen beginnt die Verdopplung der 46 Chromosomen an vielen tausend Stellen im Genom, die im Detail nicht bekannt sind. Die präzise Koordination und Synchronisation dieser Vorgänge ist essentiell für die Aufrechterhaltung der Genomstabilität. Wie Dr. Ranjan und Dr. Gossen jetzt herausgefunden haben, ist bei der DNA- Verdopplung des Menschen ATP entscheidend dafür, dass sich der aus mehreren Proteinen bestehende Proteinkomplex, der dem der Hefe ähnelt, bilden kann und stabil bleibt. Hieraus ergeben sich für die beiden Proteinkomplexe eindeutige Unterschiede in der ATP-Kontrolle: eine strukturelle, stabilisierende Funktion beim Menschen im Gegensatz zur Funktion der DNA-Bindung in der Hefe. Damit sind zwar beim Menschen die Bindungstellen, von denen aus die DNA- Replikation startet, weiterhin offen. Diese Ergebnisse erlauben jedoch jetzt die Mechanismen zu analysieren, die die DNA-Verdopplung steuern.

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»ATP »DNA-Verdopplung »Hefe »Proteinkomplex

*A structural role for ATP in the formation andstability of the human origin recognition complex

Anand Ranjan and Manfred Gossen

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