Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     Siemens  n-tv 
Datenbankrecherche:

Fachgebiet (optional):

 

Exploding Chromosomes Fuel Research About Evolution

25.08.2008
Research into single-celled, aquatic algae called dinoflagellates is showing that these and related organisms may have evolved more than one way to tightly pack their DNA into chromosomes

Anzeige

Human cells somehow squeeze two meters of double-stranded DNA into the space of a typical chromosome, a package 10,000 times smaller than the volume of genetic material it contains.


“It is like compacting your entire wardrobe into a shoebox,” said Riccardo Levi-Setti, Professor Emeritus in Physics at the University of Chicago.

Now research into single-celled, aquatic algae called dinoflagellates is showing that these and related organisms may have evolved more than one way to achieve this feat of genetic packing. Even so, the evolution of chromosomes in dinoflagellates, humans and other mammals seem to share a common biochemical basis, according to a team Levi-Setti led. The team’s findings appear online, in Science Direct’s list of papers in press (http://dx.doi.org/10.1016/j.ejcb.2008.06.002) in the European Journal of Cell Biology.

Packing the whole length of DNA into tiny chromosomes is problematic because DNA carries a negative charge that, unless neutralized, prevents any attempt at folding and coiling due to electrostatic repulsion. The larger the quantity of DNA, the more negative charge must be neutralized along its length.

“Dinoflagellates have much more nuclear DNA than humans,” said Texas A&M biologist Peter Rizzo, who collaborated on the research with Levi-Setti and Konstantin Gavrilov, a Visiting Research Scientist in the Enrico Fermi Institute at the University of Chicago.

Every bit of DNA must be properly duplicated and divided to facilitate reproduction and growth. In humans and mammals, proteins called histones partially neutralize the DNA’s negative charge. When histones wrap themselves in DNA, they become nucleosomes.

Dinoflagellates are stuffed at the core with tightly compacted chromosomes, yet these organisms contain neither histones nor nucleosomes. “What takes care of neutralizing DNA, to allow chromosomes to condense?” Levi-Setti asked. “Most biology books do not tell you.”

Other scientists had already identified positively charged atoms called cations as neutralizing factors. They found that dinoflagellate chromosomes explode upon the removal of calcium and magnesium cations.

Levi-Setti has produced the first images of the distribution of these cations in dinoflagellate chromosomes. These images verify that cations, mainly of calcium and magnesium, neutralize DNA’s enormous negative charge, and further suggest a critical role in folding the protein as well.

The finding raises questions about the evolution of chromosomes, Rizzo said. “Did dinoflagellates once have histones and then lost them? Or did dinoflagellates never have histones and just ‘figured out’ a different way to fold large amounts of DNA into chromosomes?” Rizzo asked.

The images were produced using a high-resolution scanning ion microprobe, an instrument that Levi-Setti developed in the 1980s jointly with Hughes Research Laboratories in Malibu, Calif. For the last 15 years, Levi-Setti has collaborated with associates of pioneering chromosome researcher Janet Rowley, the Blum-Riese Distinguished Service Professor in Medicine, Molecular Genetics & Cell Biology and Human Genetics at the University of Chicago.

In 2001, the collaboration demonstrated that cations play an important role in compacting mammalian DNA and helping chromosomes maintain their structure. “Chromosomes would fall apart when calcium and magnesium were removed,” Levi-Setti said.

Wondering if there could be a fundamental evolutionary process at work, Levi-Setti extended his research to the fruit fly. Like mammals, fruit flies belong to the pantheon of eukaryotes. In contrast to prokaryotes like bacteria, eukaryotes pack their genetic material in a cellular nucleus. Prokaryotes lack a nucleus.

“Cations play a very important role in the folding and charge neutralization of DNA in all eukaryotes, but more so in dinoflagellates,” Rizzo said. “I find it truly amazing that in all other eukaryotes, histones help in this charge neutralization, and dinoflagellates constitute the only exception to this nearly universal rule. It looks like this may have been the first and very efficient step toward the goal of neutralizing DNA, long before histones came into play.”

Steve Koppes | Quelle: Newswise Science News
Weitere Informationen: www.uchicago.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Ocean warming causes elephant seals to dive deeper
09.02.2012 | Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung

nachricht How the zebra got its stripes
09.02.2012 | The Company of Biologists

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: Wissenschaftler machen Eisen durchsichtig


Erstmals gezeigt, dass Atomkerne transparent werden

Einem Team von DESY-Wissenschaftlern um Dr. Ralf Röhlsberger gelang es an der hochbrillanten Synchrotronlichtquelle PETRA III, Atomkerne mit Hilfe von Röntgenlicht transparent zu machen. Sie entdeckten dabei gleichzeitig ein neues Prinzip, um einen optisch gesteuerten Schalter für Licht herzustellen, also Licht mit Licht zu beeinflussen, ein wichtiger Baustein auf dem ...

Im Focus: Anti-Angst-Hormon Oxytocin wird gezielt an seine Wirkorte im Gehirn transportiert


Wissenschaftler beobachten, wie Oxytocin zentrale Schaltstellen im Gehirn erreicht und das Verhalten beeinflusst

Kuschelhormon, Treuehormon, Angstlöser – häufig gebrauchte Schlagwörter für das Neuropeptid Oxytocin, das sich in den letzten Jahren als ein Stoff erwiesen hat, der unser Verhalten in zentralen Regionen des Gehirns positiv beeinflussen kann. Was jedoch bisher völlig unklar war: Wie gelangt dieser Botenstoff aus dem Hypothalamus in die Hirnbereiche, die ...

Im Focus: Datenspeicher mit Lachs-DNA und Nano-Silber


Ein neuartiger Biopolymer-Film aus Lachs-DNA mit Silber-Nanopartikeln speichert Informationen kostengünstig und umweltverträglich.

Entstanden ist das organische System in fächer- und länderübergreifender Zusammenarbeit von Wissenschaftlern des DFG-Centers for Functional Nanostructures (CFN) am KIT und des Institute of Photonics Technologies an der National Tsing Hua University in Taiwan. Der DNA-Datenspeicher eignet sich unter anderem für biotechnische Anwendungen, etwa als Bauteil in Biosensoren.

Das System ...

Im Focus: VLT liefert detailreichstes Infrarotbild des Carinanebels


Bildveröffentlichung der Europäischen Südsternwarte (Garching) - Mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO haben das bislang detailreichste Infrarotbild der Sternkinderstube des Carinanebels aufgenommen. Es zeigt vor dem spektakulären Hintergrund einer himmlischen Landschaft auf Gas, Staub und jungen Sterne zahlreiche nie gesehene Details und zählt zu den atemberaubendsten VLT-Bildern überhaupt.

Im Herzen der südlichen Milchstraße, im Sternbild Carina (Der Schiffskiel, [1]), befindet sich in einer Entfernung von etwa 7500 Lichtjahren die Sternkinderstube des Carinanebels. Diese ausgedehnte Wolke aus leuchtendem Gas und Staub ist von der Erde aus gesehen eine der nächstgelegenen Geburtsstätten massereicher Sterne.

Der Nebel beinhaltet einige der hellsten und ...

Im Focus: Automatisch Lücken im Funkspektrum erkennen


Auf der embedded world identifizieren Wissenschaftler der Fraunhofer ESK Lücken im Funkspektrum, um diese für zusätzliche Übertragungen zu nutzen.

Der in Halle 5, Stand 5-228, vorgestellte Prototyp zeigt das Funkspektrum in einem 3D-Spektrogramm, markiert die prognostizierten Lücken und prüft deren Eintreffen. Diese Methode, Cognitive Radio, verbessert die Übertragungsqualität in einem bereits vollen Funkspektrum ohne aufwändiges, statisches Koexistenzmanagement. Ziel ist eine höhere Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von Funk für die Automatisierung.
...

Alle Focus-News des innovations-reports >>>

Anzeige

B2B Suche
Produkt / Dienstleistung
Firma / Organisation

Anzeige

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

Kaltwasserkorallen als Anpassungskünstler?

09.02.2012 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Wandel der Hochschulbildung in Deutschland und Professionalisierung

09.02.2012 | Studien Analysen

Ocean warming causes elephant seals to dive deeper

09.02.2012 | Biowissenschaften Chemie

VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Veranstaltungen

7. Mannheimer Arbeitsrechtstag am 14. März mit Experten aus Theorie und Praxis

09.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten

International Forum on Terahertz Spectroscopy and Imaging

09.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten

Teams aus neun Ländern treffen sich an der Leibniz Universität zum 6th Hanover PreMoot

09.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten

FindAndHelp