Chromosomen-„Anker“ organisieren die DNA während der Zellteilung

December 20, 2012

Chromosomen-„Anker“ organisieren die DNA während der Zellteilung

Die Entdeckung einer neuen Rolle von Telomeren beim Zellwachstum durch Salk könnte Aufschluss über Alterung und altersbedingte Krankheiten geben

December 20, 2012

LA JOLLA, Kalifornien – Damit der Mensch wachsen und geschädigtes Gewebe ersetzen und heilen kann, müssen sich die Körperzellen kontinuierlich vermehren, ein Prozess, der als „Zellteilung“ bekannt ist und bei dem aus einer Zelle zwei, aus zwei vier usw. werden. Eine zentrale Frage der biomedizinischen Forschung ist, wie Chromosomen, die bei der Zellteilung verdoppelt werden, sodass jede Tochterzelle eine exakte Kopie des Genoms eines Menschen erhält, dabei angeordnet werden.

Jetzt haben Wissenschaftler am Salk Institute ein neues Merkmal der menschlichen Zellteilung entdeckt, das helfen könnte zu erklären, wie unsere DNA im Zellkern organisiert ist, wenn sich Zellen vermehren. Sie fanden heraus, dass Telomere, molekulare Kappen, die die Enden der Chromosomen schützen, nach ihrer Vervielfältigung an den äußeren Rand des Zellkerns wandern.

Während die Auswirkungen dieser räumlichen Neuorganisation der Telomere noch nicht klar sind, könnten die Ergebnisse Aufschluss darüber geben, wie unsere Gene reguliert werden und wie Genexpressionsprogramme während der Zellteilung verändert werden – ein wichtiger Schritt zum Verständnis des Alterns und von Krankheiten, die auf genetische Mutationen zurückzuführen sind. wie Krebs.

„Wir haben herausgefunden, dass Telomere nicht nur unsere Chromosomen schützen, sondern auch dabei helfen, unser genetisches Material im Zellkern zu organisieren“, sagt er Jan Karlseder, Professor am Salk Molecular and Cell Biology Laboratory und Inhaber des Donald and Darlene Shiley Chair. „Das ist wichtig, denn die dreidimensionale Position der DNA im Zellkern beeinflusst Genexpressionsprofile und wie sich das Genom im Laufe der Zeit verändert.“

Telomere, eine Kombination aus Proteinen und DNA, sind entscheidend für die DNA-Replikation, Tumorunterdrückung und Alterung. Jedes Mal, wenn sich eine primäre menschliche Zelle teilt, werden ihre Telomere kürzer, bis kritisch kurze Telomere zur Selbstzerstörung der Zellen führen. Ein Großteil von Karlseders Forschung konzentrierte sich auf das Verständnis der Telomerdynamik, um Möglichkeiten zu entwickeln, den Alterungsprozess zu beeinflussen und dadurch das Wachstum von Krebszellen einzuschränken.

Karlseder erforscht nicht nur die Beteiligung von Telomeren an Krankheiten des vorzeitigen Alterns und die Wechselwirkungen zwischen der DNA-Schadensmaschinerie und Telomeren, sondern untersucht auch die Rolle von Telomeren während des Zellzyklus. Frühere Studien an menschlichen Zellen haben gezeigt, dass Telomere während der Zellteilung ihre Position ändern, was darauf hindeutet, dass sie möglicherweise auch eine Rolle bei der Organisation der DNA im Zellkern spielen. Diese Studien lieferten jedoch nur vereinzelte Momentaufnahmen von Telomeren in verschiedenen Stadien des Zellzyklus.

In ihrer neuen Studie verwendeten die Salk-Forscher fortschrittliche konfokale Zeitraffer-Lebendzellmikroskopie, um die Bewegung der Telomere in Echtzeit während des gesamten Zellzyklus zu verfolgen. Sie verfolgten die Telomere 20 Stunden lang in lebenden Zellen, indem sie sie mit Molekülen markierten, die unter dem Mikroskop leuchteten. Sie zeichneten auch die Bewegung von Chromatin auf, einer Kombination aus DNA und Proteinen, die Chromosomen bildet.

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass sich die Telomere beim Zusammenbau nach der Mitose, dem Stadium der Zellteilung, in dem die DNA der Zelle dupliziert wird, um jede Tochterzelle mit ihrer eigenen Kopie zu versehen, an die äußere Peripherie der Kernhülle jedes Tochterzellkerns bewegten. Durch die Erforschung der zugrunde liegenden molekularen Wege stellten die Forscher fest, dass Wechselwirkungen zwischen zwei Proteinen, RAP1 und Sun1, die Telomere an die Kernhülle zu binden scheinen. Sun1 allein war auch in der Lage, die Telomere an die Kernhülle zu ziehen, was darauf hindeutet, dass das Protein für den Prozess essentiell ist und dass andere Elemente RAP1 während der Anbindung ersetzen könnten.

„Die Bindung von Telomeren an die Kernhülle könnte als Ankerpunkt für die Reorganisation des Chromatins nach jeder Zellteilung dienen, sodass unsere DNA für die Genexpression richtig positioniert ist“, sagt Karlseder. „Diese Anbindung könnte auch eine Rolle bei der Aufrechterhaltung von Telomeren spielen und dadurch das Altern, die Krebsentstehung und andere mit DNA-Schäden verbundene Störungen beeinflussen.“ Wir planen, diese Möglichkeiten in zukünftigen Experimenten zu erkunden.“

Weitere Forscher des Salk Institute in dem Artikel waren Laure Crabbe, Anthony J. Cesare und James M. Kasuboski sowie James AJ Fitzpatrick von der Waitt Advanced Biophotonics Center Core Facility.

Die Forschung wurde unterstützt von der Glenn-Stiftung für medizinische Forschung, hat das National Institutes of Health (Grant 5T32CA009370-29), der Robert John Sabo Trust und der Highland Street-Stiftung.

Über das Salk Institute for Biological Studies:
Das Salk Institute for Biological Studies ist eine der weltweit herausragenden Grundlagenforschungseinrichtungen, in der international renommierte Dozenten in einem einzigartigen, kollaborativen und kreativen Umfeld grundlegende Fragen der Biowissenschaften untersuchen. Salk-Wissenschaftler konzentrieren sich sowohl auf Entdeckungen als auch auf die Betreuung zukünftiger Forschergenerationen und leisten bahnbrechende Beiträge zu unserem Verständnis von Krebs, Alterung, Alzheimer, Diabetes und Infektionskrankheiten, indem sie Neurowissenschaften, Genetik, Zell- und Pflanzenbiologie und verwandte Disziplinen studieren.

Die Leistungen der Fakultät wurden mit zahlreichen Ehrungen gewürdigt, darunter Nobelpreise und Mitgliedschaften in der National Academy of Sciences. Das 1960 vom Polioimpfpionier Jonas Salk, MD, gegründete Institut ist eine unabhängige gemeinnützige Organisation und ein architektonisches Wahrzeichen.