Das Interieur ist Programm: Das Treppenhaus Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologe und Genetik ist wie die DNS in Doppelhelix-Optik geformt. Abb.: hw

Dresdner Planck-Forscher: Protein-Ringe fädeln meterweise Moleküle auf, um Erbgutinfos zu verstauen

Dresden, 10. Juni 2020. Supercomputer brauchen Schränke voller Festplatten, um sich ein paar läppische Petabyte Daten zu merken. Zellkerne hingegen verstauen den kompletten Bauplan des Menschen auf nur wenigen Kubik-Mikrometern. Das schaffen sie mit Hilfe kleiner Protein-Ringe, die wie Akkordarbeiter meterweise Erbgut-Fäden zu Schleifen auffädeln. Diesen Mechanismus haben Forscher aus Dresden nun mit Spezialmikroskopen nachgewiesen und sichtbar gemacht. Das geht aus einer gemeinsamen Mitteilung der beiden beteiligten Max-Planck-Institute für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) und für Physik komplexer Systeme (MPI-PKS) hervor.

Erbgutfaden würde bis an die Grenzen des Sonnensystems reichen

Hintergrund der Studie war ein altes genetisches Problem: Würde man sämtliche Erbgut-Moleküle (DNA oder deutsch DNS abgekürzt) in allen Zellen eines menschlichen Körpers aneinanderlegen, dann wäre dieser molekulare Faden sogar etwa zehn Milliarden Kilometer lang – was etwa dem Radius unseres Sonnensystems entspricht. In jeder einzelnen Zelle ist das menschliche Genom etwa zwei Meter lang und umfasst drei Milliarden Basenpaare. „Wie Zellen diese riesigen Mengen an genetischem Material in einem mikrometergroßen Zellkern organisieren, ohne dass es zum Verknoten kommt, war lange Zeit ein Rätsel“, betonen die Planck-Forscher.

Fädelringe aus Proteinen binden das Erbgut im Zytoplasma zu Schleifen. Abb.: MPI-CBG

Afrikanischer Krallenfrosch hilft

Um den Mechanismus zu beobachten, vereinfachte die Forschungsgruppe von Dr. Jan Brugués ihr biologisches System: Sie entnahmen Zellkernen kleine Erbgut-Abschnitte und badeten sie in Zytoplasma aus Afrikanischen Krallenfrosch-Eiern. „Mithilfe von Totalreflexions-Fluoreszenzmikroskopie (TIRF), einer hervorragenden Methode zur Beobachtung einzelner Moleküle, konnten wir zeigen, dass Cohesin und Condensin, die ringförmigen Proteinkomplexe, welche natürlich im Zytoplasma vorkommen, DNA tatsächlich in Schleifen organisieren.“

Ziel: Generische Krankheiten enträtseln

Die Forscher hoffen, nun die Falt-Mechanismen im Zellen besser zu verstehen und medizinische Fortschritte zu ermöglichen: „Ein Verständnis der Mechanismen, wie das Genom gefaltet ist, wird dazu beitragen, Krankheiten besser zu verstehen und behandeln zu können“, erklärte Dr. Brugués. „Dabei geht es insbesondere um Erkrankungen, die mit Veränderungen in der Architektur des Genoms einhergehen, wie Entwicklungsdefekte und Krebs.“

Autor: Oiger

Quelle: PMI-CBG