KEIMZELLEN

Eltern-Kinder: So mischen die «Scheren» der Zellen die DNA neu

Donnerstag, 10. September 2020 ca. 4 Minuten lesen In lingua italiana

Unter der Leitung von Petr Cejka haben die Forscher des IRB in Bellinzona im Magazin Nature die Ergebnisse einer Studie veröffentlicht, die erstmals einige Schlüsselpassagen der Rekombination des genetischen Codes lüftet
von Elisa Buson

Wie oft haben wir Sätze wie «ganz wie der Vater» oder «ganz wie die Mutter» schon gehört, um eine ausgesprochene Ähnlichkeit zwischen Kind und Eltern hervorzuheben. Aber abgesehen von solchen Äusserlichkeiten ist die DNA niemals identisch: Das ist auf eine Neumischung zurückzuführen, die in den Keimzellen des Elternteils bei der Teilung, aus der Ei- und Samenzellen hervorgehen, erfolgt. Verantwortlich für diese Phase sind spezielle «Proteinscheren», die sich nach einem präzisen Plan auf die DNA auswirken. Dieser Plan wurde erstmals in einer Studie rekonstruiert, die von der Forschungsgruppe unter der Leitung von Petr Cejka am Forschungsinstitut für Biomedizin (IRB, Zweigstelle der Università della Svizzera italiana) in Bellinzona im wissenschaftlichen Magazin Nature veröffentlicht wurde.

Die vom Schweizerischen Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung und vom Europäischen Forschungsrat finanzierte Arbeit wurde in Kooperation mit der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich, der Universität Zürich, dem Institut Curie (Frankreich), der University of Sussex (Grossbritannien) und der Universität Kopenhagen (Dänemark) durchgeführt.

Die Forscher haben den Mechanismus zur Neumischung der DNA, den man auch als «homologe Rekombination» bezeichnet, unter die Lupe genommen. Es handelt sich um ein System, das alle Zellen des menschlichen Körpers anwenden, um Schäden in der Doppelhelix des Moleküls des genetischen Codes zu reparieren: Dabei ist besonders präzises Vorgehen gefragt, um die Einführung gefährlicher Mutationen zu vermeiden, die zu einem unkontrollierten Zellwachstum und der Bildung von Tumoren führen können. «In meinem Labor – so Cejka – erforsche ich die homologe Rekombination seit meiner Rückkehr 2011 von der University of California in Davis in die Schweiz. Die normalen Zellen nutzen diesen Mechanismus, um versehentliche Brüche der DNA zu reparieren, um uns vor Tumoren zu schützen: Diese Funktionsweise zu verstehen, kann uns dabei helfen, neue Krebstherapien zu entwickeln».

Das Foto vergrössern Das Foto vergrössern Petr Cejka, Leiter des Labors für Rekombinationsmechanismen am IRB in Bellinzona Das Foto vergrössern

Bei der Teilung der Keimzellen aber kommt der homologen Rekombination eine vollkommen andere Bedeutung zu: Der Bruch in der Doppelhelix der DNA wird absichtlich herbeigeführt, um die von der Vorgängergeneration vererbten Gene neu zu sortieren und sie in neuen Kombinationen an die Nachkommen weiterzugeben. In diesem Fall dient die homologe Rekombination also nicht dem Erhalt des genetischen «Status quo» wie in den anderen Zellen, im Gegenteil, sie fördert die Diversität, die wiederum der Motor der Evolution ist. Genau diese besondere Funktion macht zu einem so interessanten Studienobjekt, erklärt Cejka.

Die Aufmerksamkeit der Forscher gilt insbesondere dem Proteinkomplex namens MLH1-MLH3, eine wahre «Molekularschere»: Ihre «Klingen» haben die Aufgabe, diese Art Geflecht aufzuschneiden, das entsteht, wenn das gebrochene DNA-Molekül auf ein intaktes, homologes DNA-Molekül trifft, sodass sich die gebrochenen Helix-Stränge mit einem der unversehrten Helix-Stränge kreuzen und ihn als Vorlage nutzen, um die Bruchstellen zu «flicken». An der Synthese dieser neuen DNA-Sequenzen für diese Flicken ist auch ein ringförmiges Protein namens PCNA beteiligt, das auch in der Lage ist, die Richtung des Scherenschnitts zu lenken.

«Mutationen des MLH1-MLH3-Komplexes werden mit der Unfruchtbarkeit der Personen in Verbindung gebracht, aber die Ergebnisse befinden sich noch in der frühen Phase», so Cejka. «Bei Experimenten an Mäusen jedoch wurde dieser Zusammenhang auf sehr deutliche Weise nachgewiesen». Und damit nicht genug. Cejkas Team hat auch herausgefunden, dass eine Fehlsteuerung von MLH1-MLH3 an der Ausbildung genetischer Krankheiten wie z.B. dem Fragilen-X-Syndrom beteiligt ist, das mit kognitiver Behinderung und Verhaltensstörungen einhergeht. Um diese Mechanismen noch detaillierter zu erforschen, werden weitere Studien erforderlich sein. Aber der Weg ist geebnet.

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