Verdoppelung des Genoms im Griff

Freiburger Wissenschaftler haben eine neue Art der Regulation in Zellen entdeckt, bei der ein regulatorischer Faktor räumlich von seinem Zielort getrennt wird, jedoch im selben Abteil der Zelle verbleibt. Um sich zu vermehren, muss jede Zelle ihr Erbgut verdoppeln und auf jede Tochterzelle verteilen.

Egal ob ein Chromosom, wie in vielen Bakterien, oder viele Chromosomen wie in menschlichen Zellen – der Beginn der Replikation, der Erbgutverdopplung, muss exakt kontrolliert werden. Wichtig ist ebenfalls, dass Zellen nur einmal die Replikation beginnen und nicht mehrfach. Eine erneute Initiation kann zur Entstehung von Krebs führen oder gar zum Zelltod. Der DnaA Regulatorsfaktor bindet an eine Region auf dem Bakterinen-Chromosom. Er übt dort eine Schlüsselrolle bei der Initiation aus. Nach seiner Aktivität muss er jedoch ausgeschaltet werden, um eine erneute Verdoppelung auszuschließen.

Zusammen mit einem französischen Team hat die Gruppe um Prof. Peter Graumann an der Fakultät für Biologie entdeckt, dass die DnaA Moleküle zunächst an die Initiatorregion auf dem Chromosom binden, nach der Initiation jedoch an die Verdopplungsmaschinerie angehängt werden – die verdoppelten Initiatorregionen aus dem Chromosom werden von der Maschinerie wegbewegt, so dass DnaA nicht mehr an den Ort seiner Aktivität binden kann. Auch das Bindeglied zwischen DnaA und der Maschinerie konnte das deutsch-französische Team beschreiben.

Durch die räumliche Anheftung wird DnaA in der Zellmitte festgehalten, wo sich der Verdopplungsapparat befindet, während die verdoppelten Chromosomenregionen in entgegen gesetzte Richtung zu den Zellpolen der stäbchenförmigen Bakterienzellen bewegt werden. Dadurch nutzt das kleine Bakterium, das nicht, wie höhere Zellen, mehrere Unterabteilungen in der Zelle besitzt, geschickt den Platz in der Zelle aus, um einen Regulator in Schach zu halten.

Diese grundlegenden Forschungen zeigen neue Prinzipien der Regulation in Zellen auf und dienen als Modell, wie in höheren Zellen die Verdopplung des Erbguts gesteuert wird, die in diesem Fall noch viel komplizierter ist, als dies in Bakterien der Fall ist. Aus dem Modell Bakterienzelle, so hoffen die Mikrobiologen, lassen sich in Zukunft noch weitere fundamentale zelluläre Prozesse aufdecken.

Originalveröffentlichung: Clarisse Defeu Soufo, Hervé Joël Defeu Soufo, Marie-Françoise Noirot-Gros, Astrid Steindorf, Philippe Noirot2, Peter L. Graumann: Cell Cycle-Dependent Spatial Sequestration of the DnaA Replication Initiator Protein in Bacillus subtilis, Developmental Cell, Volume 15, Issue 6, 935-941, 9 December 2008

Kontakt:
Prof. Dr. Peter Graumann
Institut für Biologie II/Mikrobiologie
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-2630
Fax: 0761/203-2773
E-Mail: peter.graumann@biologie.uni-freiburg.de