Erbgut-Knäuel Zwei Meter Faden und nicht ein Knoten

Im Erbgut knäulen sich zwei Meter lange DNA-Stränge auf winzigem Raum. Knoten entstehen dabei nicht. Forscher haben das Ordnungswunder nun im Detail abgebildet.

Jedes der 20 Chromosomen der Zelle ist unterschiedlich gefärbt
University of Cambridge and MRC Laboratory of Molecular Biology/dpa

Jedes der 20 Chromosomen der Zelle ist unterschiedlich gefärbt


Wer gern strickt oder in der Schule zur Arbeit mit Häkelnadel und Faden verpflichtet war, weiß: Dass sich ein langer Faden verknotet, ist quasi unvermeidbar. Man muss den Wollknäuel nur einmal schief angucken und schon hat er sich verheddert. So kommt es einem zumindest vor. Wie es besser geht, zeigt die Natur.

Zellen verstauen ihre zwei Meter lange DNA in einem winzigen Zellkern - ohne, dass sich das lange Band auch nur einmal verheddert. Zu welch komplexen Strukturen sich das auf Chromosomen verteilte Erbgut dabei zusammenfaltet, verdeutlichen in der Fachzeitschrift "Nature" vorgestellte 3D-Aufnahmen.

Die Bilder zeigen die 20 Chromosomen einer Maus intakt im winzigen Kern einer Zelle zusammengeknüllt. Um eine Idee von den Größenverhältnissen zu bekommen: Die zwei Meter lange DNA im Zellkern zu verstauen, ist in etwa so komplex, wie einen 20 Kilometer langen Faden in einem Tennisball unterzubringen.

Zehntausende Messungen einzelner DNA-Abschnitte

Dabei wählten die Forscher der Universitäten Wien und Cambridge noch eine vergleichsweise einfache Ausführung des Zellkerns: Sie untersuchten sogenannte haploide Stammzellen, die jedes Chromosom nur in einfacher statt der üblichen doppelten Ausführung enthalten. Die Kombination verschiedener bildgebender Verfahren sowie Zehntausender Messungen einzelner DNA-Abschnitte führten schließlich zu einem Gesamtbild des intakten Erbguts im Zellkern.

Eines der Forscherbilder zeigt die 20 Chromosomen einer Mausstammzelle in unterschiedlichen Farben (siehe oben), ein Video (unten) alle aktiven Regionen in Blau und alle mit Membranen im Zellkern interagierenden Regionen in Gelb. Nicht wundern: Oft werden Chromosomen in Form eines X dargestellt - tatsächlich sehen sie aber nur während der Teilung von Zellen so aus.

University of Cambridge, MRC Laboratory of Molecular Biology

Wie wird die Herzzelle zur Herzzelle?

Die Forscher hoffen, dass ihnen die Methode auch helfen wird, Vorgänge im menschlichen Genom genauer zu untersuchen. Hier müssen 46 Chromosomen im nur wenige Tausendstel Millimeter winzigen Zellkern Platz finden.

Es ließe sich etwa beobachten, welche Gene in embryonalen Stammzellen abgelesen werden, während diese zu spezialisierten Zellen heranwachsen. Aus embryonalen Stammzellen können sich noch fast alle Gewebe im Körper bilden, was sie für die medizinische Forschung interessant macht.

Zudem entscheidet die dreidimensionale Faltung des Erbguts mit darüber, an welchen Stellen die Informationen der DNA besonders stark abgelesen und in Zellbestandteile wie Proteine umgesetzt werden - im Zuge der normalen Entwicklung, aber auch bei Krankheiten wie Krebs.

jme/dpa

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