Neues Modell könnte Hinweise auf Krankheiten liefern, die mit der Chromosomenpackung zusammenhängen

Jul 03, 2023

Das bisher genaueste quantitative Modell zum Verständnis der Rolle von Kondensin bei der Zellteilung ist auch optisch beeindruckend.

Ein Team von Wissenschaftlern der UT Austin hat das bisher genaueste quantitative Modell entwickelt, das simuliert, wie die Chromosomen in unseren Zellen verpackt sind, bevor sich die Zellen teilen. Dieses Tool könnte ihrer Meinung nach zu neuen Erkenntnissen über die Ursachen von Krankheiten und mögliche Behandlungen führen.

Ihr Artikel wurde in der Zeitschrift Cell Reports veröffentlicht.

Condensin ist eine molekulare Maschine, die am Ein- und Auspacken von Chromosomen beteiligt ist. Wenn es richtig funktioniert, spielt es eine wichtige Rolle in der frühen Entwicklung eines jeden Lebewesens. Einige Mutationen können jedoch zu verschiedenen Krebsarten führen, am häufigsten zum T-Zell-Lymphom.

„Dies ist die erste theoretische Studie darüber, wie Kondensine die mitotischen Chromosomen falten, die mit allen verfügbaren experimentellen Daten übereinstimmt“, sagte Atreya Dey, Hauptautorin und Doktorandin. Student im Labor des Chemikers Dave Thirumalai, der sich auf die kompakte Form von Chromosomen bezieht, die zur Zellteilung bereit sind. „Wir hoffen, dass diese Ergebnisse Experimentatoren dazu inspirieren werden, unsere Vorhersagen zu überprüfen.“

Frühere Untersuchungen haben die Beteiligung von Kondensin an der Chromosomenstruktur während der Zellteilung festgestellt. Im Jahr 2021 erfuhr das Thirumalai-Labor, wie ein einzelnes Kondensinprotein einen kleinen Teil des Genoms faltet. Das Gesamtbild des Beitrags von Kondensin zur Zellteilung wurde jedoch nicht vollständig verstanden, was den Wert des neuen Modells unterstreicht.

Die bekannte DNA-Helix in einem entpackten Chromosom sieht aus wie eine Leiter, die sich in eine Richtung dreht. Wenn im neuen Modell ein Chromosom verdichtet wird, gibt es viele Stellen, an denen die Helix ihre Richtung umkehrt, wie Knicke in einem altmodischen Telefonkabel. Diese sogenannten Random-Helix-Perversionen kommen in einem gepackten Chromosom so häufig vor, dass die Helix nicht mehr erkennbar ist. Das neue Modell legt nahe, dass eine Kondensinform mehr dieser Knicke bildet als eine zweite Form, eine Vorhersage, die durch zukünftige Experimente überprüft werden kann.

Frühere Experimente hatten gezeigt, dass sich Kondensin im Chromosom aufrollt und Abschnitte in Tausende von Schleifen zusammenzieht, wodurch das Chromosom weniger wie eine lange, gerade Nudel, sondern eher wie eine dichte Spaghettikugel aussieht. Das neue Modell fügt weitere Details für zukünftige Tests hinzu: Es wurde festgestellt, dass die Geschwindigkeit dieses Schleifenprozesses zunächst langsamer ist und zunimmt, wenn sich die Chromosomen in der Mitte der Zelle ausrichten, bevor sie in jede der beiden Tochterzellen aufgeteilt werden. Es wird auch ein Unterschied in der Größe der Schleifen festgestellt, die von zwei verschiedenen Versionen von Kondensin erzeugt werden, wobei die als Kondensin II bekannte Version sechsmal größere Schleifen erzeugt als die von Kondensin I.

Das alles ist wichtig, denn das Verständnis des Verhaltens von Kondensinen könnte Erkenntnisse liefern, die sich eines Tages als wichtig für die Entwicklung präventiver oder therapeutischer Technologien und Medikamente gegen Krankheiten wie Krebs oder Down-Syndrom erweisen werden.

„Es ist nicht nur visuell inspirierend, das Molekül, mit dem wir arbeiten, tatsächlich zu sehen, sondern es ist auch notwendig, um die Theorie mit experimentellen Daten zu vergleichen“, sagte Dey.

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