Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Fuß in der Tür zur Erbinformation

07.03.2012
Im Zellkern ist die DNA auf die so genannten Histonproteine aufgewickelt und bildet so in regelmäßigen Abständen kugelige Einheiten, die Nukleosomen.

Dadurch sind große Teile des Erbguts unzugänglich, denn Gene in diesen Bereichen können nicht abgelesen werden. Wissenschaftler im Deutschen Krebsforschungszentrum simulierten nun in hoher zeitlicher Auflösung, wie sich kurze DNA-Abschnitte wiederholt spontan aus dem Nukleosom lösen. Die Forscher zeigen erstmals, dass die spulenartigen Histonproteine eine aktive Rolle dabei spielen, den Zugang zur Erbinformation zu ermöglichen.

Histone sind entwicklungsgeschichtlich gesehen uralte Proteine, die sich bei Mensch, Maus oder Fadenwurm kaum voneinander unterscheiden. Sie dienen im Zellkern als Spulen, auf die der meterlange DNA-Faden gewickelt wird. Bis vor wenigen Jahren hielt man sie für reines Verpackungsmaterial der DNA. Inzwischen ist aber bekannt, dass sie darüber hinaus entscheiden, welche Gene abgelesen werden und welche nicht und damit in die Steuerung vieler Zellfunktionen eingreifen.

Im Deutschen Krebsforschungszentrum untersucht Professor Dr. Jörg Langowski das Zusammenspiel von DNA und ihrer „Verpackung“ auf molekularer Ebene. „Damit die DNA abgelesen werden kann, muss sie zumindest zeitweise zugänglich sein. Wir wollten herausfinden, wie und vor allem wie lange Histone und DNA-Strang sich aus ihrer engen Umklammerung lösen. So können wir besser verstehen, wie die DNA abgelesen wird und wie dieser Mechanismus in Krebszellen eventuell gestört sein kann“, erklärt der Wissenschaftler das Ziel seiner gerade veröffentlichten Untersuchung.

Die DNA-Verpackung im Zellkern ist extrem gut erforscht: Jede DNA-Spule besteht aus je zwei Molekülen vier verschiedener Histonproteine. Pro Nukleosom umwickelt ein 146 DNA-Bausteine langer Strang den kugeligen Histonkomplex genau 1,75 Mal. Nach einem kurzen freiliegenden DNA-Abschnitt variabler Länge folgt die nächste Histon-Spule, so dass eine perlenkettenartige Struktur entsteht Untersuchungen deuteten bereits darauf hin, dass im Zellkern ein Gleichgewicht zwischen „aufgewickelter“ und freier DNA vorliegen muss.

Langowski und seinen Mitarbeitern gelang es nun, mit einer neuartigen Computersimulation dieses Wechselspiel zeitlich hoch präzise aufzulösen: Die Forscher beobachteten zwei verschiedene spontan auftretende Öffnungszustände, wovon der längere eine Hunderttausendstel Sekunde andauert, der kürzere, bei dem sich genau neun DNA-Bausteine vom Nukleosom ablösen, sogar nur einige Millionstel Sekunden währt. In beiden Fällen schiebt sich das freie Ende des Histons H3 aktiv zwischen den Proteinkern und die DNA und löst dadurch kurze DNA-Bereiche ab. Sind die DNA-Abschnitte aus der Proteinbindung befreit, so vermuten die Forscher, können weitere Bereiche des DNA-Strangs leichter abgespult werden.

Interessant ist in diesem Zusammenhang die Beobachtung, dass die Zelle eine Vielzahl an chemischen, so genannten epigenetischen, Markierungen genau an diesem freiliegenden Ende des Histons H3 anheftet. Diese Markierungen – die in Tumorzellen oft verändert sind – beeinflussen, welche Gene abgelesen werden und welche nicht. „Unsere Beobachtungen bestätigen nun auch auf atomarer Ebene, dass das freiliegende Ende des Histons H3 eine entscheidende Rolle dabei spielt, wann die DNA zugänglich ist und Gene abgelesen werden können und wann nicht. Es ist sozusagen der „Fuß in der Tür“ für den Zugang zur Erbinformation“, interpretiert Jörg Langowski sein Ergebnis.

Karine Voltz, Joanna Trylska, Nicolas Calimet, Jeremy C. Smith und Jörg Langowski: Unwrapping of Nucleosomal DNA Ends: A Multiscale Molecular Dynamics Study. Biophysical Journal 2012, DOI:10.1016/j.bpj.2011.11.4028

Das Deutsche Krebsforschungszentrum (DKFZ) ist mit mehr als 2.500 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern die größte biomedizinische Forschungseinrichtung in Deutschland. Über 1000 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erforschen im DKFZ, wie Krebs entsteht, erfassen Krebsrisikofaktoren und suchen nach neuen Strategien, die verhindern, dass Menschen an Krebs erkranken. Sie entwickeln neue Ansätze, mit denen Tumoren präziser diagnostiziert und Krebspatienten erfolgreicher behandelt werden können. Gemeinsam mit dem Universitätsklinikum Heidelberg hat das DKFZ das Nationale Centrum für Tumorerkrankungen (NCT) Heidelberg eingerichtet, in dem vielversprechende Ansätze aus der Krebsforschung in die Klinik übertragen werden. Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Krebsinformationsdienstes (KID) klären Betroffene, Angehörige und interessierte Bürger über die Volkskrankheit Krebs auf. Das Zentrum wird zu 90 Prozent vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und zu 10 Prozent vom Land Baden-Württemberg finanziert und ist Mitglied in der Helmholtz-Gemeinschaft deutscher Forschungszentren.

Dr. Stefanie Seltmann | idw
Weitere Informationen:
http://www.dkfz.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Der erste Blick auf ein einzelnes Protein
18.01.2017 | Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart

nachricht Unterschiedliche Rekombinationsraten halten besonders egoistische Gene im Zaum
18.01.2017 | Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie, Plön

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: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Im Focus: How gut bacteria can make us ill

HZI researchers decipher infection mechanisms of Yersinia and immune responses of the host

Yersiniae cause severe intestinal infections. Studies using Yersinia pseudotuberculosis as a model organism aim to elucidate the infection mechanisms of these...

Im Focus: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Der erste Blick auf ein einzelnes Protein

18.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Das menschliche Hirn wächst länger und funktionsspezifischer als gedacht

18.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Zur Sicherheit: Rettungsautos unterbrechen Radio

18.01.2017 | Verkehr Logistik