Kinetochore bevorzugen „stille“ DNA

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Kinetochore bevorzugen „stille“ DNA-Abschnitte des
Chromosoms
Chromosomen besitzen mit dem Zentromer eine spezielle Region, an die ein
Proteinkomplex, das so genannte Kinetochor, bindet. 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-PlanckInstituts für Immunbiologie und Epigenetik und BIOSS 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.
Heterochromatin-Grenzen sind "Hotspots" für die Neubildung von Kinetochoren außerhalb des Zentromers:
Antikörperfärbung von fixierten Chromosomen von Drosophila-Zellen während der Zellteilung. Der grüne Doppelpfeil
zeigt auf normale endogene Kinetochore, der weiße Pfeil zeigt auf neu-gebildete ektopische Kinetochore (grün:
Zentromer-spezifisches Histon, blau: DNA, rot: Euchromatin). (Maßstab: 3 Mikrometer) © Dr. Patrick Heun
Zentromere sind im Mikroskop als Einschnürungen der Chromosomen sichtbar. Das daran
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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 Basenpaare langer Abschnitt den Kinetochor-Komplex bindet und so ein
Zentromer bildet.
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 DNAStranges und damit die Ablesbarkeit von Genen und die Bindung anderer Proteine
beispielsweise des Kinetochorkomplexes.
Die Freiburger Forscher konnten nun zeigen, 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 Zentromerspezifischen 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.
Möglicherweise begünstigen die Übergangsregionen zwischen Hetero- und Euchromatin und
die Telomere die Bildung eines Kinetochors durch die Abwesenheit typischer Proteine des
Hetero- und Euchromatins. 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“, erklärt Patrick Heun vom Max-PlanckInstitut für Immunbiologie und Epigenetik .
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Pressemitteilung
13.07.2011
Quelle: Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik (P)
Weitere Informationen
Originalpublikation:
Olszak AM, van Essen D, Pereira AJ, Diehl S, Manke T, Maiato H, Saccani S, Heun P
Heterochromatin boundaries are hotspots for de novo kinetochore formation.
Nat Cell Biol., 19 June 2011, Nature Cell Biology 13, 799-808 (doi: 10.1038/ncb2272)
Dr. Patrick Heun
Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik, Freiburg
Tel.: 0761/ 5108 - 717
E-Mail: heun(at)immunbio.mpg.de
Christiane Gieseking-Anz
BIOSS Centre for Biological Signalling Studies
Tel.: 0761/ 203 - 97 662
E-Mail: christiane.gieseking(at)bioss.uni-freiburg.de
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