Wie kommt Ordnung in die Zelle?Neuer Mechanismus in der Meiose entdeckt

13. Dezember 2022, von MIN-Dekanat

Foto: UHH/MIN/Schnittger

Bild des Synaptonemalen Komplex, die drei Färbungen zeigen DNA (grau), ein Transversales Element des Synaptonemalen Komplexes (grün) und PCH2, der Faktor, der dann ASYNAPTIC 1 abbaut (lila).

Forschende des Fachbereichs Biologie der Universität Hamburg haben einen neuen Mechanismus in der Pflanze Arabidopsis entdeckt, der den korrekten Ablauf in der Meiose steuert. Die Forschenden fanden zudem Hinweise, dass auch bei Menschen ein ähnlicher Prozess ablaufen könnte.

Wichtig für das Funktionieren einer Zelle ist die korrekte Abfolge von biochemischen Prozessen. Dabei ist essenziell, dass diese Prozesse nicht (leicht) umkehrbar sind und immer in eine bestimmte Richtung voranschreiten. So müssen zum Beispiel für die Meiose Brüche in den Chromosomen erzeugt werden, die dann über eine bestimmte Art der Reparatur (homologe Rekombination) wieder geheilt werden. Dadurch kommt es zu einem Austausch von DNA-Fragmenten zwischen Chromosomen und damit auch zu einer neuen Kombination von Erbinformation. Dieser Prozess, die meiotische Rekombination, führt zu einer großen genetischen Vielfalt und erklärt auch, warum Kinder und Eltern sich zwar oft ähnlich sind, aber nie identisch aussehen. 

Wie allerdings die Meiose molekular abläuft, und warum sie nicht in einer Schleife zwischen dem Erzeugen von Brüchen und der anschließenden Reparatur gefangen bleibt, ist noch nicht gänzlich verstanden. Dazu liefert nun eine Studie des Fachbereichs Biologie der Universität Hamburg einen Beitrag, der mit der Modelpflanze Arabidopsis durchgeführt und in der Fachzeitschrift „Nuclei Acid Research“ veröffentlicht wurde. 

Das internationale Team unter der Leitung des Hamburger Entwicklungsbiologen Prof. Dr. Arp Schnittger fand heraus, dass ein Protein, genannt ASYNAPTIC 1, das für die Rekombination benötigt wird, genau dann vom Chromosom entfernt wird, wenn die Rekombination abgeschlossen ist. „Der geniale Trick der Natur liegt darin, dass das Entfernen dieses Rekombinationsfaktors an die Bildung einer Struktur gekoppelt ist, dem sogenannten Synaptonemalen Komplex. Dieser entsteht am Ende der Rekombinationsphase“, führt Schnittger aus. „Durch das Entfernen von ASYNAPTIC 1 wird sichergestellt, dass die Phase tatsächlich abgeschlossen ist und es zu keiner weiteren Rekombination kommt.“ 

Die Forschenden untersuchten dazu auch menschliche Proteine in ihrer Studie und fanden Hinweise darauf, dass dort ein ähnlicher Mechanismus arbeitet. „Besonders interessant ist für uns nun, die genaue molekulare Struktur dieses Komplexes in Pflanzen aufzuklären und dann mit der Struktur in Menschen zu vergleichen“, schließt Schnittger.