Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017

Physiker aus Mainz untersuchen mithilfe von mathematischen Algorithmen experimentelle 3-D-Strukturen von Chromosomen

Wer kennt das nicht: Lange Wollfäden verheddern sich schneller, als man hinschauen kann – und auch Ladekabel und Co. neigen dazu, unliebsame Knoten auszubilden. Auch unser Erbgut liegt in langen Strängen vor, die – ginge es nach unserer Alltagserfahrung – ebenfalls zum Verheddern neigen müssten. Bisher war es nicht möglich, dies experimentell zu untersuchen.


Die Forscher der JGU fanden zwei Knoten in Chromosom 14 – diese sind mit durchgezogenen Linien gekennzeichnet. Der Farbverlauf im Bild dient lediglich der Orientierung. Die beiden hervorgehobenen blauen und roten Punkte markieren Anfang und Ende des Chromosoms.

Abb./ ©: Jonathan Siebert, JGU

Wie Forscher der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) nun herausgefunden haben, könnten Chromosomen tatsächlich verknotet sein. "Mit mathematischen Algorithmen haben wir die 3-D-Polymermodelle von Chromosomen untersucht, die Kollegen der University of Cambridge aus ihren experimentellen Daten erstellt haben", berichtet Dr. Peter Virnau vom Institut für Physik der JGU.

"Bisher konnte die Verknotung von Chromosomen nicht untersucht werden, da die genaue dreidimensionale Struktur nicht vorlag. Aber auf Grundlage der Chromosomenmodelle aus Cambridge können wir jetzt davon ausgehen, dass Chromosomen miteinander verwoben und verknotet sind."

Basis der Berechnung bildeten die dreidimensionalen Chromosomen-Modelle, die im Frühjahr 2017 veröffentlicht wurde [1]. Die Mainzer Forscher haben diese Modelle an beiden Enden verlängert und miteinander verbunden, denn die mathematische Berechnung von Knoten kann nur an geschlossenen Kurven funktionieren.

"Man kann sich das vorstellen, als fasse man an beiden Enden des Chromosoms an und ziehe sie zusammen", verdeutlicht Virnau. Das so erweiterte Modell haben die Forscher mit speziellen mathematischen Algorithmen analysiert.

Das Mainzer Forscherteam geht nun davon aus, dass die Verknüpfungen zwischen Chromosomen im weiteren Zellzyklus aufgelöst werden müssen, dass aber Verknotungen innerhalb eines Chromosoms vielleicht keinen Einfluss auf die Funktion und die Übermittlung von genetischen Informationen haben.

Außerdem gibt es bereits bestimmte Proteine mit komplizierten Knoten, was man sich in der Fachwelt lange nicht vorstellen konnte. Und auch die DNA in Viren, die Bakterien angreifen, in sogenannten Bakteriophagen, ist verknotet. Während sich die Knoten in diesen speziellen Proteinen immer an der gleichen Stelle bilden, scheinen sie bei den Viren jedoch eher zufällig verteilt aufzutreten. Dr. Peter Virnau vermutet, dass es genauso auch bei den Chromosomen sein könnte.

Noch können die Forscher aus Mainz nicht gesichert sagen, ob ihre Ergebnisse in der vereinfachten Struktur des Polymermodells selbst begründet liegen oder ob sie in der Tat auf die wahre Form von Chromosomen hinweisen. Jedoch liefern die Berechnungen aus Cambridge und Mainz einen ersten Hinweis darauf, dass Chromosomen mitunter verknotet und trotzdem funktional sein könnten.

[1] J.T. Stevens et al, 3D structures of individual mammalian genomes studied by single-cell Hi-C. Nature 2017, 544, 59–64.

Veröffentlichung:
Jonathan T. Siebert et al.
Are There Knots in Chromosomes?
Polymers, 2. August 2017
DOI: 10.3390/polym9080317
http://www.mdpi.com/2073-4360/9/8/317

Abbildung:
http://www.uni-mainz.de/bilder_presse/08_physik_komet_knoten_chromosomen.jpg
Die Forscher der JGU fanden zwei Knoten in Chromosom 14 – diese sind mit durchgezogenen Linien gekennzeichnet. Der Farbverlauf im Bild dient lediglich der Orientierung. Die beiden hervorgehobenen blauen und roten Punkte markieren Anfang und Ende des Chromosoms.
Abb./ ©: Jonathan Siebert, JGU

Kontakt und weitere Informationen:
Dr. Peter Virnau
Condensed Matter Theory Group
Institut für Physik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-20493
Fax +49 6131 39-20496
E-Mail: virnau@uni-mainz.de
http://www.komet331.physik.uni-mainz.de/virnau.php

Weiterführender Link:
http://www.komet331.physik.uni-mainz.de/

Petra Giegerich | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Live-Verfolgung in der Zelle: Biologische Fussfessel für Proteine
19.06.2018 | Universität Basel

nachricht Tag it EASI - neue Methode zur genauen Proteinbestimmung
19.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

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: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Im Focus: Overdosing on Calcium

Nano crystals impact stem cell fate during bone formation

Scientists from the University of Freiburg and the University of Basel identified a master regulator for bone regeneration. Prasad Shastri, Professor of...

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Hengstberger-Symposium zur Sternentstehung

19.06.2018 | Veranstaltungen

LymphomKompetenz KOMPAKT: Neues vom EHA2018

19.06.2018 | Veranstaltungen

Simulierter Eingriff am virtuellen Herzen

18.06.2018 | Veranstaltungen

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

Rätselhaftes IceCube-Ereignis könnte von Tau-Neutrino stammen

19.06.2018 | Physik Astronomie

Automatisierung und Produktionstechnik – Wandlungsfähig – Präzise – Digital

19.06.2018 | Messenachrichten

Überdosis Calcium

19.06.2018 | Medizin Gesundheit

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