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 Möglicher Zell-Therapieansatz gegen Zytomegalie
22.02.2017 | Medizinische Hochschule Hannover

nachricht Erster Atemzug prägt Immunsystem nachhaltig
22.02.2017 | CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften

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: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

6. Internationale Fachkonferenz „InnoTesting“ am 23. und 24. Februar 2017 in Wildau

22.02.2017 | Veranstaltungen

Wunderwelt der Mikroben

22.02.2017 | Veranstaltungen

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Ursache für eine erbliche Muskelerkrankung entdeckt

22.02.2017 | Medizin Gesundheit

Möglicher Zell-Therapieansatz gegen Zytomegalie

22.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Meeresforschung in Echtzeit verfolgen

22.02.2017 | Geowissenschaften