Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Reparaturdefekt im Auge lässt Mäuse besser sehen

21.05.2014

Mäuse leisten sich eine bemerkenswerte, aber riskante Anpassung, damit sie nachts besser sehen können. Sie benutzen die DNA ihrer Sehzellen als Sammellinse, können dann aber keine DNA-Schäden mehr reparieren.

Den Mäusen ist die bessere Sicht bei Nacht offensichtlich wichtiger als ein intaktes Erbgut in den Sehzellen. Das haben Wissenschaftler um Professor Dr. Markus Löbrich und Professor Dr. Paul Layer von der Technischen Universität Darmstadt in der neuesten Ausgabe der Zeitschrift Current Biology gezeigt (dx.doi.org/10.1016/


Dichte heterochromatische DNA der Stäbchen-Sehzellen einer Maus.

Bild: Florian Frohns

j.cub.2014.03.061).

Mäuse sind nachtaktive Tiere. Sie fristen ihr Leben im diffusen Licht der Dunkelheit. Um den schwachen Lichtschein bei Nacht besser fokussieren zu können, verwenden sie die DNA in ihren Stäbchen-Sehzellen als Sammellinsen.

Dazu muss der Erbgutfaden allerdings kompakt aufgerollt und in der Mitte des Zellkerns platziert werden. Aufgelockerte DNA würde das Licht streuen und nicht bündeln. Die Mäuse nutzen die ersten Wochen ihres Lebens dazu, die DNA in den Sehzellen in diese Form und Position zu bringen. Kompakte DNA wird auch als Heterochromatin bezeichnet.

„Man kann im Mikroskop sehr genau beobachten, wie sich mehrere Heterochromatin-Cluster, in denen die DNA dichter gepackt ist als in anderen Bereichen, zu einem einzigen dichten Heterochromatin-Cluster im Zentrum des Zellkerns zusammenlagern“, sagt Dr. Antonia Frohns über diesen frühen Prozess. Sie ist zusammen mit Dr. Florian Frohns Ko-Erstautor der Veröffentlichung

Wenn die DNA in den Stäbchen-Sehzellen als Sammellinse benutzt wird, hat dies einen Preis. Das Erbgut ist dann so gut verpackt, dass es nicht mehr ohne weiteres repariert werden kann. Nicht korrigierte Doppelstrangbrüche, Mutationen und andere Veränderungen können zu Fehlern bei der Umsetzung des genetischen Programms und im schlimmsten Fall sogar zum frühen Tod der Stäbchen-Sehzelle führen. Doppelstrangbrüche gelten als die gefährlichsten Veränderungen in der Zelle. Deren Reparatur hat normalerweise oberste Priorität.

Dr. Frohns und ihre Kollegen haben untersucht, welche Veränderungen in den Sehzellen nun dazu führen, dass die DNA-Schäden nicht mehr repariert werden. Die Analyse der molekularen Details ergab, dass die Sehzellen ihre DNA nicht mehr auflockern können, weil spezifische molekulare Prozesse nicht mehr in Gang gesetzt werden. Die Fähigkeit, die Defekte zu erkennen, ist hingegen völlig intakt.

Mäuse lösen diesen Zielkonflikt also zugunsten des Sehens. Wenn der Erbgutfaden nämlich für die ständig anfallenden Reparaturen immer wieder aufgelockert werden müsste, könnte er nicht fortlaufend als Sammellinse benutzt werden. „Unsere Daten zeigen also, wie weit die evolutionäre Anpassung eines einzelnen Zelltyps an eine bestimmte Funktion gehen kann“, sagt Dr. Florian Frohns, der ebenfalls an den Arbeiten beteiligt war. „Um ihre Funktion als Lichtsammler so gut wie möglich zu erfüllen, nehmen diese Sehzellen sogar das Risiko der genetischen Instabilität durch nicht reparierte DNA-Schäden in Kauf.“

Die Stäbchen-Sehzelle der Maus ist der bisher einzige Zelltyp, der sich einen Defekt in der DNA-Reparatur zugunsten einer anderen Funktion leistet. Defekte in der DNA-Reparatur sind sonst nur im Zusammenhang mit Erkrankungen bekannt. Eine dieser Krankheiten ist die Ataxia teleangiectatica. Bei diesem angeborenen Leiden ist einer der Messfühler mutiert, mit dem die DNA-Schäden erfasst und repariert werden.

Die Arbeiten von Antonia Frohns und ihren Kollegen sind aber noch in anderer Hinsicht interessant. Bei der Krankheit Progeria altern die Betroffenen in Rekordzeit. Den Kranken fehlen bestimmte Proteine, wodurch sich ihre DNA - ähnlich wie die DNA in den Stäbchen-Sehzellen der Maus - in der Mitte des Zellkerns zusammenlagert. Die Sehzellen der Maus besitzen diese Proteine ebenfalls nicht. Vielleicht lassen sich aus den Ergebnissen der Darmstädter Wissenschaftler auch Erkenntnisse für die Erforschung der Progeria ziehen.

Weitere Informationen:

http://www.tu-darmstadt.de/vorbeischauen/aktuell/einzelansicht_96000.de.jsp

Marina Pabst | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Reize auf dem Weg ins Bewusstsein versickern
22.09.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Lebendiges Gewebe aus dem Drucker
22.09.2017 | Universitätsklinikum Freiburg

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: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie