Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Diät für die Zelle: DNS durch Nährstoffmangel fit halten

08.10.2014

Heidelberger Molekularbiologen zeigen, wie die Nährstoffversorgung von Zellen Einfluss auf ihren Umgang mit beschädigter DNS nehmen kann

Zellen sind grundsätzlich dazu in der Lage, spontan auftretende Fehler in der Erbinformation zu reparieren. Dennoch funktioniert dieser Reparaturprozess nicht immer einwandfrei, so dass in manchen Fällen beschädigte DNS bei der Zellteilung weitergegeben wird.

Wissenschaftler am Zentrum für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg (ZMBH) haben nun in Hefezellen nachgewiesen, dass der Überwachungsmechanismus für Reparaturen und damit die Qualität der DNS durch die Nährstoffversorgung einer Zelle beeinflusst wird.

Daraus könnten sich zum Beispiel neue Ansätze für Verbesserungen in Krebstherapien ergeben, so Forschungsgruppenleiter Dr. Brian Luke. Die Ergebnisse der Arbeiten wurden in der Fachzeitschrift „Cell Reports” veröffentlicht.

Jede Zelle enthält genetisches Material in Form von DNS, in dem auch alle Informationen für die Funktionen der Zelle gespeichert sind. Um eine korrekt funktionierende Tochterzelle zu erhalten, muss die DNS bei jeder Zellteilung exakt kopiert werden. Die Weitergabe von beschädigter Erbinformation muss jedoch verhindert werden. Um beschädigte oder fehlerhafte DNS zu erkennen und eine Vererbung an die Tochterzellen zu vermeiden, haben Zellen Überwachungsmechanismen entwickelt.

Diese sogenannten Checkpoints verhindern die Zellteilung und geben der Zelle damit mehr Zeit, das schadhafte Erbgut zu reparieren. In manchen Fällen ist eine effiziente Reparatur jedoch nicht möglich, selbst wenn die Checkpoints aktiviert sind. Wenn DNS-Schäden sehr lange bestehen bleiben, schaltet die Zelle die Checkpoints aus, ohne die Reparatur der DNS abzuwarten.

Dieser Prozess, der als Adaptation bezeichnet wird, scheint für die einzelne Zelle zunächst vorteilhaft zu sein, da er letztlich ein weiteres Wachstum erlaubt. „Für den gesamten Organismus ist die Adaptation jedoch oft gefährlich, da die nicht reparierte DNS zu Krankheiten wie Krebs führen kann“, betont Dr. Luke.

Die Molekularbiologinnen Julia Klermund und Katharina Bender in der Forschungsgruppe von Brian Luke haben einen Weg gefunden, um zu verhindern, dass Zellen ihre Checkpoints abschalten. Damit haben diese mehr Zeit zur Reparatur, zugleich wird die Weitergabe von fehlerhafter DNS an Tochterzellen unterbunden.

Die Forscherinnen konnten zeigen, dass die Nährstoffversorgung in der zellulären Umgebung ein wichtiger Faktor ist, der sich auf diesen Prozess auswirkt: Beschädigte Zellen, denen nur wenige Nährstoffe zur Verfügung stehen, adaptieren nicht, sondern stoppen ihr Wachstum mit einem dauerhaft aktiven Checkpoint. Derselbe Effekt war zu beobachten, wenn beschädigte DNS mit Rapamycin behandelt wurde. Dabei handelt es sich um ein Medikament, das metabolische Signalwege hemmt und somit Nährstoffmangel imitiert.

„Zellen im nährstoffarmen Zustand waren langfristig deutlich lebensfähiger, wahrscheinlich weil sie vor der Zellteilung die Reparatur der Erbinformation abgewartet haben“, erklärt Julia Klermund. „Wir gehen davon aus, dass eine nährstoffreiche Umgebung Zellen veranlasst zu wachsen und sich zu teilen, selbst wenn sie dies nicht tun sollten, weil beispielsweise die DNS beschädigt ist. Dagegen stellt ein Nährstoffmangel offenbar sicher, dass Zellen eine Teilung erst dann ,riskieren‘, wenn alle Schäden behoben wurden“, ergänzt Dr. Luke.

Nach Angaben des Heidelberger Wissenschaftlers haben Forschungsergebnisse aus den USA vor kurzem gezeigt, dass Nährstoffmangel oder die Behandlung mit Rapamycin die Lebensdauer von Zellen verlängern und sogar die Wirksamkeit einiger Chemotherapien verbessern können. Die Arbeiten am ZMBH könnten nach den Worten von Brian Luke wichtige Details zur Klärung dieser Wirkmechanismen beitragen und zeigen Ansätze auf, wie sich weitere Verbesserungen erreichen lassen.

Dr. Luke forscht im Rahmen der DKFZ-ZMBH-Allianz, der strategischen Zusammenarbeit des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) und des Zentrums für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg. Seine Forschungsgruppe ist Mitglied des Netzwerks AlternsfoRschung (NAR). Die aktuellen Arbeiten wurden zunächst durch das FRONTIER-Programm der Ruperto Carola gefördert und anschließend im Rahmen des Sonderforschungsbereichs „Zelluläre Qualitätskontrolle und Schadensbegrenzung“ (SFB 1036) durchgeführt. Julia Klermund und Katharina Bender sind Doktorandinnen im Team von Brian Luke.

Originalpublikation:
J. Klermund, K. Bender and B. Luke: High nutrient levels and TORC1 activity reduce cell viability following prolonged telomere dysfunction and cell cycle arrest. Cell Reports (published online 25 September 2014), doi: 10.1016/j.celrep.2014.08.053

Kontakt:
Dr. Brian Luke
Zentrum für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg (ZMBH)
Telefon (06221) 54-6897
b.luke@zmbh.uni-heidelberg.de

Universität Heidelberg
Kommunikation und Marketing
Pressestelle, Telefon (06221) 54-2311
presse@rektorat.uni-heidelberg.de

Weitere Informationen:

http://www.zmbh.uni-heidelberg.de/luke

Marietta Fuhrmann-Koch | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Software mit Grips
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Hirnforschung, Frankfurt am Main

nachricht Einen Schritt näher an die Wirklichkeit
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics