Kinetochore bevorzugen „stille“ DNA-Abschnitte des Chromosoms

Chromosomen besitzen mit dem Zentromer eine spezielle Region, an die ein Proteinkomplex, das so genannte Kinetochor, bindet. Das Kinetochor dient während der Zellteilung als Ansatzstelle für Moleküle des Zellskeletts, an denen die Chromosomen zu den beiden gegenüberliegenden Zellpolen gezogen werden.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Immunbiologie und Epigenetik und BIOSS in Freiburg haben untersucht, welche Faktoren für die Entstehung des Kinetochors entscheidend sind. Demnach bestimmen sowohl die Organisation der Chromosomen als auch epigenetische Markierungen, wo sich ein Kinetochor und damit ein Zentromer bilden können.

Zentromere sind im Mikroskop als Einschnürungen der Chromosomen sichtbar. Das daran gebundene Kinetochor lagert sich während der Zellteilung an die Mikrotubuli des Zellskeletts und sorgt dafür, dass die Chromosomen gleichmäßig auf die beiden Tochterzellen verteilt werden. Von den Zellen der Bierhefe Saccharomyces cerevisiae ist bekannt, dass ein ganz bestimmter 125 Basenpaare langer Abschnitt den Kinetochor-Komplex bindet und so ein Zentromer bildet.

Eine solche Gensequenz, die den Ort der Kinetochor-Bildung festlegt, scheint es jedoch bei anderen Organismen nicht zu geben. Stattdessen vermuten Forscher, dass die Position des Zentromers epigenetisch mit Hilfe des Zentromer-spezifischen Verpackungsproteins (Histon) der DNA CENH3/CENP-A reguliert wird. Histon-Proteine, um die das fadenförmige DNA-Molekül in regelmäßigen Abständen gewickelt ist, beeinflussen die räumliche Anordnung des DNA-Stranges und damit die Ablesbarkeit von Genen und die Bindung anderer Proteine beispielsweise des Kinetochorkomplexes.

Die Freiburger Forscher konnten nun zeigen, dass nicht nur das Zentromer-Histon CENH3 sondern auch andere Faktoren zur Neubildung eines funktionellen Kinetochors beitragen. Mit einer neuen Methode haben sie Zellen der Fruchtfliege Drosophila zur Bildung des Zentromer-spezifischen Histons CENH3 angeregt. Die Zellen bauen das Protein in ihre Chromosomen ein, die neuen Kinetochore werden allerdings nicht zufällig, sondern bevorzugt am Übergang zwischen Gen-armen (Heterochromatin) und Gen-reichen Abschnitten (Euchromatin) sowie an den Enden der Chromosomen, den Telomeren gebildet.

Möglicherweise begünstigen die Übergangsregionen zwischen Hetero- und Euchromatin und die Telomere die Bildung eines Kinetochors durch die Abwesenheit typischer Proteine des Hetero- und Euchromatins. In diesen Regionen werden zudem kaum Gene abgelesen und in Proteine übersetzt. Außerdem ist dort der Chromatin-Umsatz gering, so dass sich das Kinetochor-spezifische Histon anreichern kann. „Für die Bildung eines Kinetochors ist also offenbar neben den Zentromer-spezifischen Histonen auch die Umgebung des Chromosoms entscheidend. Auch epigenetische Veränderungen der Histone beeinflussen, wo ein Kinetochor und schließlich ein Zentromer entstehen können“, erklärt Patrick Heun vom Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik.

Ansprechpartner
Dr. Patrick Heun
Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik, Freiburg
Telefon: +49 761 5108-717
E-Mail: heun@immunbio.mpg.de
Ansprechpartner
Christiane Gieseking-Anz
BIOSS Centre for Biological Signalling Studies
Telefon: +49 761 203-97662
E-Mail: christiane.gieseking@bioss.uni-freiburg.de
Originalveröffentlichung
Olszak AM, van Essen D, Pereira AJ, Diehl S, Manke T,
Maiato H, Saccani S, Heun P
Heterochromatin boundaries are hotspots for de novo kinetochore formation.
Nat Cell Biol., 19. Juni 2011, Nature Cell Biology 13, 799-808 (doi: 10.1038/ncb2272)