Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie ein weibliches X-Chromosom inaktiviert wird

10.08.2015

Bei weiblichen Säugetieren ist eines der beiden X-Chromosomen inaktiviert. Genetiker der ETH Zürich liefern nun dank Untersuchungen anhand von speziellen Stammzellen einer Maus einen detaillierteren Einblick in den molekularen Mechanismus dieses Abschaltvorgangs.

Chromosomen unterscheiden Frauen von Männern. Während sich in Körperzellen von Frauen zwei X-Chromosomen befinden, tragen Männer nur eines davon. Wären bei Frauen beide Chromosomen und alle sich darauf befindlichen Gene aktiv, hätten Frauen von den daraus hergestellten Proteinen doppelt so viele Kopien als Männer – ein Ungleichgewicht, das die fein ausbalancierte Biochemie des menschlichen Körpers aus dem Lot bringen würde.


Ein vollständiger Chromosomensatz aus einer Körperzelle einer Frau. (Bild: Serpil Borlu / iStock)

Dass es nicht so weit kommt, dafür sorgt die Natur: Bei Frauen wird noch während ihrer frühen Entwicklung im Mutterleib eines der beiden X-Chromosomen komplett und für immer inaktiviert. Der dahinterliegende Mechanismus ist noch nicht im Detail entschlüsselt.

Aus Untersuchungen bei Mäusen ist jedoch klar, dass ein Ribonukleinsäure (RNA)-Molekül namens Xist dabei eine zentrale Rolle spielt. Mehrere hundert Kopien dieses Moleküls heften sich an eines der beiden X-Chromosomen. Wissenschaftler vermuten, dass diese RNA-Moleküle andere Moleküle anlocken, die das Chromosom letztlich inaktivieren. Einige dieser Inaktivierungs-Moleküle haben Forschende unter der Leitung von Anton Wutz, Professor für Genetik an der ETH Zürich, nun entdeckt.

Screening, um Zellen zu retten

Die Wissenschaftler benutzten dazu Maus-Stammzellen, die zwei Besonderheiten aufwiesen. Einerseits hatten diese wie unbefruchtete Eizellen (und anders als Körperzellen) jedes Chromosom nur einmal. Andererseits waren diese Zellen so verändert, dass die Wissenschaftler sie dazu bringen konnten, die Xist-RNA permanent herzustellen. Dies führte zur Inaktivierung des einzigen X-Chromosoms und zum Absterben der Zellen, weil die darauf liegenden, überlebenswichtigen Gene in der Folge nicht mehr abgelesen wurden.

In einem grossangelegten Screening-Experiment ermittelten die Wissenschaftler mithilfe dieser Stammzellen wichtige Gene für die X-Inaktivierung. Man kann sich das Experiment als «Rettungsaktion» für die «zum Sterben verurteilten» Stammzellen vorstellen. Konkret beschädigten die Forschenden mithilfe eines Virus im Erbgut vieler der Stammzellen zufällig einzelne Gene. Wurde dadurch ein Gen zerstört, welches zusammen mit der Xist-RNA für die Inaktivierung des X-Chromosoms nötig ist, dann wurde das Chromosom nicht inaktiviert. Folglich überlebten die entsprechenden Zellen.

Den Wissenschaftlern gelang es auf diese Weise, überlebende Stammzellen zu isolieren und sieben Gene zu eruieren, welche für die X-Inaktivierung zentral sind. Eines davon trägt den Namen Spen. Von ihm war bekannt, dass das daraus hervorgehende Protein an RNA binden und grundsätzlich das Ablesen von Genen hemmen kann. In weiteren Untersuchungen konnten die ETH-Forschenden nun zeigen: Fehlt in Mäusezellen Spen, reichern sich Proteine, die die Chromosom-Struktur verändern, weniger effizient am X-Chromosom an. Wie genau dieser Mechanismus funktioniere und in welcher Weise die weiteren nun gefundenen Gene daran beteiligt seien, das müsse erst noch eingehend erforscht werden, sagt ETH-Professor Wutz.

Möglich dank Fortschritten der vergangenen Jahre

«Genetische Untersuchungen wie diese sind recht komplex», erklärt Wutz. So sei denn auch ein Grossteil der Genetik bei Säugetieren dank Rückschlüssen von Forschungsresultaten von Taufliegen bekannt, einem Modellorganismus der Biologie und insbesondere der genetischen Forschung. Taufliegen besitzen jedoch ein gegenüber Säugetieren unterschiedliches Chromosomensystem und kennen keine X-Inaktivierung. Daher habe man sich in diesem Fall nicht der Taufliegen-Genetik bedienen können, um Gen-Kandidaten bei Säugetieren zu finden.

Methodische Fortschritte der letzten Jahre hätten diese Forschung nun ermöglicht, so Wutz. Möglich wurden sie nun dank den Stammzellen mit dem einfachen Chromosomen-Satz, die Wutz vor fünf Jahren, damals noch an der Universität Cambridge, Grossbritannien, schuf.

Die ETH-Forschenden veröffentlichten ihre Arbeit in der jüngsten Ausgabe des Fachmagazins «Cell Reports». In derselben Ausgabe publizierte auch ein britisches Forscherteam eine Arbeit, in der sie mit einer anderen Methode, der RNA-Interferenz, ebenfalls eine Reihe von an der X-Inaktivierung beteiligten Genen finden. Darunter befindet sich – Spen.

Beim Menschen leicht unterschiedlich

Die Gene für Xist und Spen kommen auch beim Menschen vor. Daher könnten diese Forschungsarbeiten Hinweise für die Situation beim Menschen liefern – zumindest auf einer theoretischen Ebene, wie Wutz präzisiert. Denn die Maus-Genetik lässt sich nicht eins zu eins auf den Menschen übertragen.

Ein französisches Forscherteam hat vor wenigen Jahren bei Menschen zusätzlich zu Xist ein System postuliert, welches das X-Chromosom bei Männern sowie eines der X-Chromosomen bei Frauen aktiv behält. Dieses aktivierende System ist bei Mäusen nicht bekannt. Die Regulierung der X-Chromosomen könnte beim Menschen also wegen eines Zusammenspiels von aktivierenden und inaktivierenden Faktoren noch komplexer sein als bisher angenommen. Genetikern, die dem auf den Grund gehen möchten, dürfte die Arbeit so schnell nicht ausgehen.

Literaturhinweis

Monfort A, Di Minin G, Postlmayr A, Freimann R, Arieti F, Thore S, Wutz A: Identification of Spen as a crucial factor for Xist function through forward genetic screening in haploid embryonic stem cells. Cell Reports 2015, 12: 554-561, doi: 10.1016/j.celrep.2015.06.067 [http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2015.06.067]

Weitere Informationen:

https://www.ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2015/08/wie-ein-we...

Fabio Bergamin | ETH Zürich
Weitere Informationen:
http://www.ethz.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Software mit Grips
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Hirnforschung, Frankfurt am Main

nachricht Einen Schritt näher an die Wirklichkeit
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie

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: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics