Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Programmierung von Zellen - Auf die Hülle kommt es an

31.01.2013
Von den Sehzellen nachtaktiver Tiere zu grundlegenden Einsichten in die DNA-Organisation: LMU-Wissenschaftler zeigen in einer neuen Studie, wie die Zellkernhülle über die Zellarchitektur entscheidet - und so auch die Genregulation beeinflusst.

Das fadenförmige Erbmolekül DNA liegt im Zellkern als dicht gepackter DNA-Protein-Komplex vor, der Chromatin genannt wird. Dabei sind aktive DNA-Abschnitte - das Euchromatin - weniger eng gepackt und besser zugänglich als inaktive.

Euchromatin befindet sich typischerweise in den inneren Bereichen des Zellkerns, während ein erheblicher Teil der inaktiven DNA-Bereiche - das Heterochromatin - an der Peripherie des Zellkerns liegt. Diese Art der Chromatin-Organisation hat sich im Lauf der letzten 500 Millionen Jahre bei fast allen höheren Organismen etabliert.

Mit einer Ausnahme: In den Sehzellen nachtaktiver Tiere ist das Heterochromatin in der Mitte des Zellkerns lokalisiert, wie die LMU-Biologen Dr. Boris Joffe und Dr. Irina Solovei bereits in einer früheren Studie zeigen konnten. „Uns interessierten nun die Mechanismen der Chromatinverteilung: Wie wird die Zellkernarchitektur in den Stäbchenzellen nachtaktiver Tiere quasi auf den Kopf gestellt und was sorgt in normalen Zellen dafür, dass stillgelegtes Chromatin am Zellkernrand positioniert wird?“, sagt Professor Heinrich Leonhardt vom Biozentrum der LMU, der diesen Fragen mit seinem Team in einer umfangreichen Studie auf den Grund ging.

Grundlegendes Prinzip entdeckt

Mit gezielten genetischen Veränderungen bei der Maus konnten Solovei und Joffe mit ihren Kollegen nun zum ersten Mal zeigen, dass es zwei unabhängige Mechanismen gibt, mit denen das Heterochromatin an die Zellkernhülle geheftet wird. Dabei fungieren zwei sehr unterschiedliche Komponenten der Hülle als Heterochromatin-fixierende Klammern: Einerseits das Strukturprotein Lamin A/C, und andererseits der Lamin-B-Rezeptor LBR.

Normalerweise kommen beide Komponenten nacheinander zum Einsatz: „Im Lauf der Zellreifung wird von LBR zu Lamin A/C umgeschaltet, d.h. es ist immer mindestens eine Klammer vorhanden, mit der Heterochromatin an den Zellkernrand geheftet wird. Nur wenn beide fehlen, zieht sich das stillgelegte Heterochromatin wie ein losgelassenes Gummiband in der Mitte des Zellkerns zusammen“, so Leonhardt. Dabei scheint es sich um ein grundlegendes Prinzip bei der Entwicklung und Reifung bei Säugerzellen zu handeln, wie die Wissenschaftler durch Untersuchungen an insgesamt 39 Säugetierarten und die Analyse zahlreicher Gewebe aus neun Mausmodellen nachweisen konnten.

Chance auf gezielte Behandlung genetischer Krankheiten

Lamine haben nicht nur eine strukturelle Funktion, sondern sie beeinflussen auch die Genregulation. LBR steuert das Stammzellprogramm vor der Geburt und begünstigt das Ablesen von Genen, die für sich schnell teilende Stammzellen wichtig sind. Lamin A/C dagegen kodiert eine strukturelle Komponente der Zellkernhülle und reguliert in Muskelzellen die Expression von muskelzellspezifischen Genen. Mutationen im Lamin A/C Gen führen zu sogenannten Laminopathien, dies sind seltene genetische Erkrankungen mit einem weiten Spektrum klinischer Symptome, darunter Progerie (vorzeitiges Altern) und fortschreitende Muskelschwäche.

Die Wissenschaftler vermuten nun, dass Lamin A/C-Mutationen das Ablesen spezifischer Gene bei der Zellreifung beeinträchtigen und damit die Funktionstüchtigkeit dieser Gewebe einschränken. Damit haben sie möglicherweise eine Erklärung für die sehr komplexen Symptome bei Patienten mit Mutationen im Lamin A/C Gen gefunden, die die Chance eröffnet, gezieltere Behandlungs-Ansätze für Laminopathien zu entwickeln.

Mit ihren Ergebnissen gewannen die Wissenschaftler somit grundlegend neue Einsichten, wie die unterschiedlichen Zellen unseres Körpers jeweils den für sie wichtigen Teil der gesamten Erbinformation ablesen. „Letztlich sind wir von der Nachtsichtigkeit und einer kuriosen Laune der Natur zu fundamentalen regulatorischen Mechanismen gelangt: Die Zellkernhülle entscheidet mit, und daher macht es einen großen Unterschied, in welcher Hülle unser Erbgut steckt“, schließt Leonhardt. (göd)

Publikation:
LBR and Lamin A/C Sequentially Tether Peripheral Heterochromatin and Inversely Regulate Differentiation
Irina Solovei, Audrey S. Wang, Katharina Thanisch, Christine S. Schmidt, Stefan Krebs, Monika Zwerger, Tatiana V. Cohen, Didier Devys, Roland Foisner, Leo Peichl, Harald Herrmann, Helmut Blum, Dieter Engelkamp, Colin L. Stewart, Heinrich Leonhardt, and Boris Joffe
Cell, 31.1.2013
http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2013.01.009
Kontakt:
Professor Dr. Heinrich Leonhardt
Department Biologie II
Tel. +49 (0)89 2180-74232
Fax +49 (0)89 2180-74236
E-Mail: h.leonhardt@lmu.de
http://www.bioimaging.bio.lmu.de/personen/professoren/leonhardt/index.html

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.lmu.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Proteinforschung: Der Computer als Mikroskop
16.01.2017 | Ruhr-Universität Bochum

nachricht Nervenkrankheit ALS: Mehr als nur ein Motor-Problem im Gehirn?
16.01.2017 | Leibniz-Institut für Neurobiologie

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: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Im Focus: Mit Bindfaden und Schere - die Chromosomenverteilung in der Meiose

Was einmal fest verbunden war sollte nicht getrennt werden? Nicht so in der Meiose, der Zellteilung in der Gameten, Spermien und Eizellen entstehen. Am Anfang der Meiose hält der ringförmige Proteinkomplex Kohäsin die Chromosomenstränge, auf denen die Bauanleitung des Körpers gespeichert ist, zusammen wie ein Bindfaden. Damit am Ende jede Eizelle und jedes Spermium nur einen Chromosomensatz erhält, müssen die Bindfäden aufgeschnitten werden. Forscher vom Max-Planck-Institut für Biochemie zeigen in der Bäckerhefe wie ein auch im Menschen vorkommendes Kinase-Enzym das Aufschneiden der Kohäsinringe kontrolliert und mit dem Austritt aus der Meiose und der Gametenbildung koordiniert.

Warum sehen Kinder eigentlich ihren Eltern ähnlich? Die meisten Zellen unseres Körpers sind diploid, d.h. sie besitzen zwei Kopien von jedem Chromosom – eine...

Im Focus: Der Klang des Ozeans

Umfassende Langzeitstudie zur Geräuschkulisse im Südpolarmeer veröffentlicht

Fast drei Jahre lang haben AWI-Wissenschaftler mit Unterwasser-Mikrofonen in das Südpolarmeer hineingehorcht und einen „Chor“ aus Walen und Robben vernommen....

Im Focus: Wie man eine 80t schwere Betonschale aufbläst

An der TU Wien wurde eine Alternative zu teuren und aufwendigen Schalungen für Kuppelbauten entwickelt, die nun in einem Testbauwerk für die ÖBB-Infrastruktur umgesetzt wird.

Die Schalung für Kuppelbauten aus Beton ist normalerweise aufwändig und teuer. Eine mögliche kostengünstige und ressourcenschonende Alternative bietet die an...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

14. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

12.01.2017 | Veranstaltungen

Leipziger Biogas-Fachgespräch lädt zum "Branchengespräch Biogas2020+" nach Nossen

11.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltweit erste Solarstraße in Frankreich eingeweiht

16.01.2017 | Energie und Elektrotechnik

Proteinforschung: Der Computer als Mikroskop

16.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Vermeintlich junger Stern entpuppt sich als galaktischer Greis

16.01.2017 | Physik Astronomie