Zwei sind einer zuviel – nach diesem Motto verfahren die Zellen eines weiblichen Organismus: Sie enthalten zwei X-Chromosomen, legen aber eines davon grundsätzlich still. Doch wie erkennt die Zelle, dass sie zwei dieser Geschlechtschromosomen enthält und wie trifft sie ihre Wahl, welches der beiden abgeschaltet werden soll? Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums konnten gemeinsam mit französischen Kolleginnen einen frühen Schritt dieses komplexen Prozesses aufklären.
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Bereits vor 45 Jahren beschrieb die britische Wissenschaftlerin Mary Lyon diese für weibliche Zellen typische Chromosomen-Inaktivierung und stellte die Hypothese auf: Bei zwei X-Chromosomen liegen alle X-gebundenen Gene in doppelter Ausgabe vor. Im männlichen Organismus dagegen, ausgestattet mit dem Geschlechtschromosomensatz X und Y, sind die X-Gene pro Zelle nur einfach vorhanden. Um hier Ausgleich zu schaffen, entledigt sich die weibliche Zelle eines ihrer beiden X-Chromosomen durch Inaktivierung.
Stillegung nach Zufallsprinzip
Während der Entwicklung eines weiblichen Embryos wird nach dem Zufallsprinzip mal das vom Vater, mal das von der Mutter geerbte X-Chromosom stillgelegt. Um die Inaktivierung zu koordinieren, muss die Zelle zunächst feststellen, ob sie mehr als ein X-Chromosom enthält, und sodann die Auswahl treffen, welches der beiden abgeschaltet werden soll. Seit Mitte der achtziger Jahre ist bekannt, dass eine bestimmte Region des X-Chromosoms, genannt X inactivating center (Xic) – für den korrekten Ablauf der Stilllegung entscheidend ist.
Professor Dr. Roland Eils, der sowohl im Deutschen Krebsforschungszentrum als auch an der Universität Heidelberg eine Abteilung für Bioinformatik leitet, vermutete in der räumlichen Anordnung der Xics innerhalb des Zellkerns einen Schlüssel für die Inaktivierung. Gemeinsam mit Kolleginnen aus dem Pariser Curie-Institut suchte er in verschiedenen Zellen nach Auffälligkeiten bei der Verteilung der Xic- Regionen.
Nachbarschaft entscheidet
Dabei verglichen die Wissenschaftler sich entwickelnde weibliche embryonale Stammzellen der Maus, die kurz vor der X-Inaktivierung standen, mit Mäusezellen, deren X-Inaktivierung bereits vollständig abgeschlossen war. Anhand der dreidimensionalen Visualisierung von Fluoreszenzmarkierungen der Xic-Region beobachteten sie bei den sich entwickelnden Stammzellen, dass die Xics beider X-Chromosomen in bis zu 15 Prozent aller Zellen in engster Nachbarschaft liegen. In der Vergleichszelllinie wurde dies nur bei rund drei Prozent der Zellen beobachtet, was einem Zufallsbefund entspricht. Besonders deutlich war die Pärchenbildung in den Stammzellen immer nach rund eineinhalb Tagen der Entwicklung und damit kurz vor der X-Inaktivierung.
Ein bestimmter DNA-Verlust (Deletion) in der Xic-Region eines der beiden X-Chromosomen verhindert die Pärchenbildung der Xics. Mehr noch: Zellen, die das Zählen verlernt haben, zeigen keinerlei Pärchenbildung. Die Wissenschaftler postulieren, dass die Paarung der Xic-Regionen eine notwendige Voraussetzung für das korrekte Chromosomen-Zählen ist, können aber noch keine Angaben darüber machen, in welcher Art von Wechselwirkung dabei die beiden Xic-Regionen während der vorübergehenden Pärchenbildung stehen.
(Deutsches Krebsforschungszentrum, 31.01.2006 – NPO)
