Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ulmer Forscher beobachten Genomaktivierung "live" im Fischembryo

18.12.2018

Wissenschaftlern der Universität Ulm ist es erstmals gelungen, mit Hilfe eines speziell entwickelten Fluoreszenzmikroskops „live“ in der Zelle zu verfolgen, wie der Transkriptionsprozess während der Embryonalentwicklung erstmals in Gang gebracht und damit das Genom aktiviert wird. Sie fanden dabei heraus, dass das Volumen des Zellkerns eine Schlüsselrolle spielt, das sich im Zuge der ersten Zellteilungen immer weiter verkleinert.

Die DNA gilt als Bauplan des Lebens. Sie trägt all die Informationen in sich, die ein biologischer Organismus braucht, um sich vollends zu entwickeln. Um diese genetisch codierte Information überhaupt nutzen zu können, wird sie im Zellkern in eine Art Protokoll übertragen, das die jeweiligen Baupläne zur Synthese von Biomolekülen in sich trägt.


Hellfeldmikroskopische Aufnahme von Zebrabärblingembryonen. Das Bild entstand rund vier Stunden nach der Befruchtung.

Aufnahme: Prof. Gilbert Weidinger


Doktorand Matthias Reisser am Reflektions-Lichtblattmikroskop

Foto: Elvira Eberhardt / Uni Ulm

Dafür wird DNA in RNA transkribiert, also übersetzt. Wissenschaftlern der Universität Ulm ist es nun gelungen, mit Hilfe eines speziell entwickelten Fluoreszenzmikroskops „live“ in der Zelle zu verfolgen, wie der Transkriptionsprozess während der Embryonalentwicklung erstmals in Gang gebracht und damit das Genom aktiviert wird. Veröffentlicht wurden die Ergebnisse in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications.

Für ihre Studie haben die Ulmer Forscher in Embryonen des Zebrabärblings die Aktivität und den Bindungsstatus von Transkriptionsfaktoren untersucht. Diese besonderen Proteine binden an die DNA und lösen damit den Transkriptionsprozess aus. Dabei ist es dem Team aus Biophysikern und Entwicklungsbiologen erstmals gelungen, diese Biomoleküle während der Embryonalentwicklung „bei der Arbeit“ zu beobachten.

„Die Embryonalentwicklung gehört zu den faszinierendsten biologischen Prozessen überhaupt. Besonders spannend ist dabei die Frage, wann und wie im Prozess der fortlaufenden Zellteilungen das Genom aktiviert wird“, so Professor Christof Gebhardt, vom Institut für Biophysik an der Universität Ulm.

In der frühen Phase der Embryonalentwicklung ist es die mütterliche Eizelle, die RNA und Proteine bereitstellt. Die embryo-eigene Transkription, also die erstmalige Aktivierung des Genoms, erfolgt bei Zebrabärblingembryonen erst nach der zehnten Zellteilung – beim Menschen etwas früher. Unbekannt war bislang, wie genau die Genomaktivierung zum aller ersten Mal in Gang gebracht wird.

Die Ulmer Biophysiker haben nun gemeinsam mit Wissenschaftlern aus dem Institut für Biochemie und Molekularbiologie der Uni Ulm untersucht, wie sich die Interaktion von bestimmten Transkriptionsfaktoren mit der DNA im Zellkern im Laufe der Embryonalentwicklung verändert. Dabei haben sie herausgefunden, dass das veränderte Volumen des Zellkerns eine Schlüsselrolle bei der Genomaktivierung spielt.

„In den frühen Phasen der Embryonalentwicklung teilen sich die Zellen ohne zu wachsen. Das Volumen der Zellkerne wird dadurch kleiner“, erklärt Matthias Reisser. Der Doktorand am Institut für Biophysik ist Erstautor der Studie. Durch die Verkleinerung des Reaktionsvolumens verschiebt sich im Zellkern das physikalisch-chemische Gleichgewicht der Transkriptionsfaktoren hin zum DNA-gebundenen Zustand.

Durch die vermehrte Bindung an die DNA bringen die Transkriptionsfaktoren schließlich den genetischen „Übersetzungsprozess“ erstmals zum Laufen. „Erst wenn es richtig eng wird im Zellkern, wird das Genom aktiviert“, umschreibt Entwicklungsbiologe Professor Gilbert Weidinger vom Institut für Biochemie und Molekularbiologie den Befund.

„Um die Transkriptionsfaktoren im Zellkern genau lokalisieren zu können, arbeiten wir mit einer weiterentwickelten Form der Fluoreszenzmikroskopie, die es möglich macht, einzelne, speziell markierte Biomoleküle in lebenden Zellen sichtbar zu machen und deren Bewegung zu verfolgen: die Lichtblattmikroskopie“, erläutert der Biophysiker Gebhardt. Hier wird nur eine dünne Schicht der Probe beleuchtet, was zu einer höheren Sensitivität führt.

Außerdem ist das Verfahren so schonend, dass die untersuchten Biomoleküle nicht unter lichtinduziertem Stress leiden und so keinen Schaden nehmen. Dadurch ist es möglich „Single Molecule Tracking“-Aufnahmen in lebenden Organismen zu machen, und damit eben auch Langzeitbeobachtungen während der Embryonalentwicklung. Am Institut für Biophysik hat Professor Gebhardt dieses Verfahren noch leistungsfähiger gemacht.

„Die Ergebnisse unserer Forschung sind grundlegend, um zu verstehen, wie die Genomaktivierung im Zuge der Embryonalentwicklung initialisiert wird. Die am Zebrabärbling gewonnenen Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen Zellkernvolumen und Transkriptionsfaktoraktivität können dabei auf andere Spezies wie den Menschen übertragen werden“, sind sich Gebhardt und Weidinger sicher.

Das Projekt wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert sowie vom europäischen Wissenschaftsrat, der Studienstiftung des Deutschen Volkes und der Carl-Zeiss-Stiftung. Unterstützt wurde es vom Zentrum für translationale Bildgebung (MoMAN) der Universität Ulm.

Text und Medienkontakt: Andrea Weber-Tuckermann

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Weitere Informationen:
Prof. J. Christof M. Gebhardt, Institut für Biophysik, Tel.: 0731 / 50 23051; E-Mail: andrea.weber-tuckermann@uni-ulm.de

Originalpublikation:

Matthias Reisser, Anja Palmer, Achim P. Popp, Christopher Jahn, Gilbert Weidinger & J. Christof M. Gebhardt: Single-molecule imaging correlates decreasing nuclear volume with increasing TF-chromatin associations during zebrafish development; in: Nature Communications Volume 9, Article Number 5218 (2018); https://doi.org/10.1038/s41467-018-07731-8

Andrea Weber-Tuckermann | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wenn für Fischlarven die Nacht zum Tag wird
18.01.2019 | Universität Siegen

nachricht Handgestrickte Moleküle
18.01.2019 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

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: Ten-year anniversary of the Neumayer Station III

The scientific and political community alike stress the importance of German Antarctic research

Joint Press Release from the BMBF and AWI

The Antarctic is a frigid continent south of the Antarctic Circle, where researchers are the only inhabitants. Despite the hostile conditions, here the Alfred...

Im Focus: Ultra ultrasound to transform new tech

World first experiments on sensor that may revolutionise everything from medical devices to unmanned vehicles

The new sensor - capable of detecting vibrations of living cells - may revolutionise everything from medical devices to unmanned vehicles.

Im Focus: Fliegende optische Katzen für die Quantenkommunikation

Gleichzeitig tot und lebendig? Max-Planck-Forscher realisieren im Labor Erwin Schrödingers paradoxes Gedankenexperiment mithilfe eines verschränkten Atom-Licht-Zustands.

Bereits 1935 formulierte Erwin Schrödinger die paradoxen Eigenschaften der Quantenphysik in einem Gedankenexperiment über eine Katze, die gleichzeitig tot und...

Im Focus: Flying Optical Cats for Quantum Communication

Dead and alive at the same time? Researchers at the Max Planck Institute of Quantum Optics have implemented Erwin Schrödinger’s paradoxical gedanken experiment employing an entangled atom-light state.

In 1935 Erwin Schrödinger formulated a thought experiment designed to capture the paradoxical nature of quantum physics. The crucial element of this gedanken...

Im Focus: Implantate aus Nanozellulose: Das Ohr aus dem 3-D-Drucker

Aus Holz gewonnene Nanocellulose verfügt über erstaunliche Materialeigenschaften. Empa-Forscher bestücken den biologisch abbaubaren Rohstoff nun mit zusätzlichen Fähigkeiten, um Implantate für Knorpelerkrankungen mittels 3-D-Druck fertigen zu können.

Alles beginnt mit einem Ohr. Empa-Forscher Michael Hausmann entfernt das Objekt in Form eines menschlichen Ohrs aus dem 3-D-Drucker und erklärt: «Nanocellulose...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Smarte Sensorik für Mobilität und Produktion 4.0 am 07. Februar 2019 in Oldenburg

18.01.2019 | Veranstaltungen

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

17.01.2019 | Veranstaltungen

Erstmalig in Nürnberg: Tagung „HR-Trends 2019“

17.01.2019 | Veranstaltungen

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

Zeitwirtschafts- und Einsatzplanungsprozesse effizient und transparent gestalten mit dem Workforce Management System der GFOS

18.01.2019 | Unternehmensmeldung

Der Schlaue Klaus erlaubt keine Fehler

18.01.2019 | Informationstechnologie

Neues Verfahren zur Grundwassersanierung: Mit Eisenoxid gegen hochgiftige Stoffe

18.01.2019 | Verfahrenstechnologie

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