Zellen teilen sich, damit ein Organismus wachsen kann, Wunden schließt oder Zellen erneuert. Bevor sich eine Zelle jedoch teilt und damit vermehrt, muss sie ihren gesamten Chromosomensatz mit der Erbinformation DNA verdoppeln. Doch wie und wo fängt diese so genannte Replikation der DNA an? Der Entschlüsselung dieses Rätsel sind nun Wissenschaftler des Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) ein Stück näher gekommen: Das Molekül ATP spielt eine wichtige Rolle.
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Das biologische Grundprinzip der Verdopplung des Chromosomensatzes gilt für die Hefe ebenso wie für Bakterien, Viren und alle Säugetiere. Dabei muss die Zelle sicherstellen, dass die gesamte Erbinformation – beim Menschen immerhin rund drei Milliarden Genbausteine – lückenlos kopiert wird, um genomische Instabilität und damit Fehlbildungen oder Krankheiten wie Krebs zu vermeiden.
Beim Menschen beginnt die Verdopplung der 46 Chromosomen an vielen tausend Stellen im Genom, die im Detail nicht bekannt sind. Die präzise Koordination und Synchronisation dieser Vorgänge ist essentiell für die Aufrechterhaltung der Genomstabilität. "Seit 20 Jahren versucht die Forschung bei Säugern solche Startsequenzen zu identifizieren, findet sie aber nicht", erklärt Dr. Manfred Gossen, Forschungsgruppenleiter am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) Berlin-Buch das medizinische Problem.
Bei der Hefe etwa kennt die Forschung die Startpunkte für die DNA-Verdopplung. Hier bindet in Gegenwart von dem als Energieträger bekannten Molekül ATP ein Komplex aus mehreren Proteinen an bestimmte Regionen der DNA, was den Verdopplungsprozess des Erbmaterials auslöst. ATP sorgt dafür, dass der Proteinkomplex die Startpunkte für die Verdopplung erkennt.
Wie Gossen und sein Mitarbeit Dr. Anand Ranjan jetzt herausgefunden haben, ist auch bei der DNA-Verdopplung des Menschen ATP entscheidend dafür, dass sich der aus mehreren Proteinen bestehende Proteinkomplex, der dem der Hefe ähnelt, bilden kann und stabil bleibt. Hieraus ergeben sich für die beiden Proteinkomplexe eindeutige Unterschiede in der ATP-Kontrolle: eine strukturelle, stabilisierende Funktion beim Menschen im Gegensatz zur Funktion der DNA-Bindung in der Hefe. Damit sind zwar beim Menschen die Bindungsstellen, von denen aus die DNA-Replikation startet, weiterhin offen. Diese Ergebnisse erlauben jedoch jetzt die Mechanismen zu analysieren, die die DNA-Verdopplung steuern.
Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) (Vol. 103, No. 13, pp. 4864-4869, 2006) veröffentlicht.
(idw – Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) Berlin-Buch, 10.04.2006 – AHE)
