Wo die Chromosomen-Anker festmachen

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Für die Zellteilung wichtige Ankerpunkte (grün) an den Chromosomen entstehen bevorzugt an Grenzregionen von aktiven und inaktiven Genregionen. Quelle: P. Heun, MPI f. Immunbiologie und Epigenetik

01.07.2011  - 

Chromosomen sind Erbgutpakete, die sich kurz vor einer Zellteilung formen. Es entstehen kompakten DNA-Knäuel, die sich leicht in die entstehenden Tochterzellen ziehen lassen. Für diesen Transport besitzen die Chromosomen eine spezielle Region, das Zentromer, an die ein Proteinkomplex namens Kinetochor andocken kann. Das Kinetochor dient während der Zellteilung als Ansatzstelle für Moleküle des Zellskeletts, an denen die Chromosomen zu den beiden gegenüberliegenden Zellpolen gezogen werden. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Immunbiologie und Epigenetik in Freiburg haben untersucht, welche Faktoren für die Entstehung des Kinetochors entscheidend sind. Demnach bestimmen sowohl die Organisation der Chromosomen als auch epigenetische Markierungen, wo sich ein Kinetochor und damit ein Zentromer bilden können. Die Forscher berichten im Fachjournal Nature Cell Biology (2011, Online-Vorabveröffentlichung).

Zentromere sind im Mikroskop als Einschnürungen der Chromosomen sichtbar. Das daran gebundene Kinetochor lagert sich während der Zellteilung an die Mikrotubuli des Zellskeletts und sorgt dafür, dass die Chromosomen gleichmäßig auf die beiden Tochterzellen verteilt werden. Von den Zellen der Bierhefe Saccharomyces cerevisiae ist bekannt, dass ein ganz bestimmter 125 DNA-Bausteine langer Abschnitt den Kinetochor-Komplex bindet und so ein Zentromer bildet.

Verpackungsproteine auf die Zentromerregion spezialisiert

Eine solche Gensequenz, die den Ort der Kinetochor-Bildung festlegt, scheint es jedoch bei anderen Organismen nicht zu geben. Stattdessen vermuten Forscher, dass die Position des Zentromers epigenetisch mit Hilfe des Zentromer-spezifischen Verpackungsproteins (Histon) der DNA CENH3/CENP-A reguliert wird. Histon-Proteine, um die das fadenförmige DNA-Molekül in regelmäßigen Abständen gewickelt ist, beeinflussen die räumliche Anordnung des DNA-Stranges und damit die Ablesbarkeit von Genen und die Bindung anderer Proteine beispielsweise des Kinetochorkomplexes.

Die Freiburger Forscher um Patrick Heun haben nun beobachtet, dass nicht nur das Zentromer-Histon CENH3 sondern auch andere Faktoren zur Neubildung eines funktionellen Kinetochors beitragen. Mit einer neuen Methode haben sie Zellen der Fruchtfliege Drosophila zur Bildung des Histons CENH3 angeregt. Die Zellen bauen das Protein in ihre Chromosomen ein, die neuen Kinetochore werden allerdings nicht zufällig, sondern bevorzugt am Übergang zwischen Gen-armen (Heterochromatin) und Gen-reichen Abschnitten (Euchromatin) sowie an den Enden der Chromosomen, den Telomeren gebildet.´

Übergangszonen begünstigen Enstehung

Möglicherweise begünstigen die Übergangsregionen zwischen Hetero- und Euchromatin und die Telomere die Bildung eines Kinetochors, weil hier andere Proteine fehlen. In diesen Regionen werden zudem kaum Gene abgelesen und in Proteine übersetzt. Außerdem ist dort der Chromatin-Umsatz gering, so dass sich das Kinetochor-spezifische Histon anreichern kann. „Für die Bildung eines Kinetochors ist also offenbar neben den Zentromer-spezifischen Histonen auch die Umgebung des Chromosoms entscheidend. Auch epigenetische Veränderungen der Histone beeinflussen, wo ein Kinetochor und schließlich ein Zentromer entstehen können“, so Patrick Heun.