Wie verpackt eine Zelle ihr gigantisches Genom in kompakte Chromosomen für die Zellteilung? Die DNA ist etwa zwei Meter lang und muss in einen Zellkern passen, der nur 1/50 der Größe eines Salzkorns hat. Wie entsteht aus diesem Gewirr eine ordentliche Struktur, bevor sie sich teilt?
Neueste Forschung hat diesen Prozess erstmals direkt visualisiert: Ein Team filmte den Proteinkomplex Kondensin, der DNA-Schleifen extrudiert.
Frühere Studien vermuteten, dass Kondensin wie ein motorischer Apparat wirkt und Schleifen bildet, um das Genom zu komprimieren. Doch Beweise fehlten bisher. Forscher des Kavli-Instituts an der TU Delft und des EMBL in Heidelberg isolierten ein einzelnes DNA-Molekül, positionierten es präzise und filmten Kondensin unter dem Mikroskop in Echtzeit.
„Die Methode wirkt einfach – DNA und Kondensin nebeneinander –, ist aber hochkomplex“, erklärt Prof. Cees Dekker, Leiter der Bionanowissenschaftsgruppe in Delft, gegenüber Alphr. „Licht macht DNA sichtbar, kann sie aber schädigen. Vor acht Jahren zerbrach unser DNA mit Standardfarbstoffen in Sekunden.“
Mahipal Ganji, Postdoc in Dekkers Team, beschreibt den Ansatz: „Wir fixierten die DNA-Enden, trugen einen speziellen Farbstoff auf und lenkten einen Fluss senkrecht dazu, um sie U-förmig in den Fokus zu bringen. So beobachteten wir eine Kondensin-Bindung und den Schleifenaufbau.“
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Nach Dekker „beendet das Video die Debatte“: Kondensin extrudiert Schleifen asymmetrisch, nur von einer Seite. Mit minimalem ATP treibt es große DNA-Stücke an – bis zu 1.500 Basenpaare pro Sekunde.
Diese Erkenntnisse klären Mitose und Meiose und beleuchten SMC-Proteine, zu denen Kondensin gehört. „SMC-Proteine organisieren Chromosomen. Störungen führen zu Krebs durch fehlerhafte Verteilung“, sagt Dekker. „Mutationen verursachen Erbkrankheiten wie das Cornelia-de-Lange-Syndrom. Tiefes Verständnis hilft, Krebsprozesse zu bekämpfen.“
Die Studie erscheint heute in Science.
Bildnachweis: Cees Dekker Lab TU Delft/Scixel