Haben Sie sich jemals gewundert, warum Sie zwar das Lächeln von ihrer Mutter und die Größe ihres Vaters geerbt haben, aber ihre Geschwister nicht? Wie die Natur das mütterliche und väterliche Erbgut kombiniert, um daraus eine einzigartige, neue Mischung entstehen zu lassen, diesem Geheimnis sind britische Forscher jetzt einen Schritt näher gekommen. Wie sie in „Nature“ berichten, spielt dabei ein bestimmtes Enzym eine entscheidende Rolle.
„Knoten“ sorgt für Rekombination
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Nach der Befruchtung einer Eizelle verschmelzen die Zellkerne von Ei und Spermium miteinander. Doch auch die Chromosomen beider Keimzellen werden nicht einfach bei der nächsten Zellteilung auf die beiden Tochterzellen aufgeteilt. Stattdessen lagern sich mütterliche und väterliche DNA-Stränge vorher an bestimmten Stellen zusammen und bilden so genannte Holliday-Knoten. In diesen spalten sich die Doppelstränge auf und binden an jeweils ein „fremdes“ Gegenüber.
Wenig später löst sich dieser Knoten wieder auf und dabei geschieht das Entscheidende: In einigen Fällen bleiben die neuen Bindungen erhalten, ein Stück DNA wird dadurch zwischen mütterlichem und väterlichem Genom ausgetauscht. Diese so genannte homologe Rekombination gilt als der Antriebsmotor für die Entwicklung neuer Eigenschaften und Eigenschaftenkombinationen beim Nachwuchs.
Röntgenkristallographie macht Struktur sichtbar
Die Forscher Simon Phillips, Stephen Carr und Jonathan Hadden von der Universität Leeds und ihr Kollege David Lilley von der Universität Dundee haben nun als erste das Enzym identifiziert, das für das Aufsplitten der DNA-Stränge verantwortlich ist und damit die Basis für unsere Individualität bildet. Mithilfe der Röntgenkristallographie gelang es ihnen, seine dreidimensionale Struktur zu kartieren.
Das so genannte T7-Endonuklease-1 Enzym isolierten die Wissenschaftler aus einem Bakteriophagen, einem virusähnlichen Organismus, der Bakterien angreift. Sie gehen jedoch davon aus, dass die mit der DNA-Aufteilung verbundenen molekularen Prozesse in anderen Organismen und auch im Menschen ähnlich ablaufen. Die T7-Endonuklease-1 ist verantwortlich dafür, dass die DNA an den Holliday-Knoten auseinander geschnitten wird und so daraus ein neuer, rekombinierter Strang entsteht.
Enzym in flagranti erwischt
„Zwar war schon bekannt, dass das Enzym eine zentrale Rolle spielt, aber seine physikalische Struktur, die entscheidend für das Verständnis des Aufsplittungs-Prozesses ist, ist niemals zuvor entschlüsselt worden“, erklärt Phillips. „Wir haben nun sogar eine Aufnahme des Enzyms bei der Arbeit und sehen es genau an dem Punkt, an dem es ansetzt um die DNA-Stränge zu durchtrennen. Das ist ein bedeutender Durchbruch in der Erforschung der Mechanismen, die hinter der Bildung der individuellen DNA stehen.“
Bis allerdings ein solches Enzym auch beim Menschen in flagranti ertappt werden kann, wird wohl noch einige Zeit vergehen. „Es ist eine zu bedeutende Endeckung, um jetzt übereilt vorzugehen“, so Phillips. „Unser nächster Schritt wird sein, den Prozess in einem komplexeren System als dem eines Bakteriophagen, wie beispielsweise der Hefe, zu untersuchen.“
(University of Leeds, 18.10.2007 – NPO)
