Variable Chromosomenzahl als Normalzustand „Chromosomenroulett“ bei Messerfischen - scinexx | Das Wissensmagazin
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Variable Chromosomenzahl als Normalzustand

„Chromosomenroulett“ bei Messerfischen

Beispielorganismus für variable Chromosomenzahl als Normalzustand: Der höhlenbewohnende, zu den Messerfischen gehörende Peitschenmesseraal Apteronotus leptorhynchus. © Günther Zupanc

Selbst beträchtliche Abweichungen von der für eine Tierart typischen Chromosomenzahl in den Zellen führen nicht zwangsläufig zu schweren Erkrankungen oder Verhaltensstörungen: Dies hat jetzt ein internationales Wissenschaftlerteam in einer neuen Studie an Messerfischen nachgewiesen. Untersuchungen an neu gebildeten Nervenzellen in den Gehirnen ausgewachsener, gesunder Tiere zeigten, dass bei rund 80 Prozent der Zellen eine Abweichung von der üblichen Anzahl von 22 Chromosomen vorliegt.

Bislang galt als gängige Lehrmeinung, dass jede Zelle eines Organismus die identische Erbinformation enthält, die auf einer arttypischen Anzahl von Chromosomen gespeichert ist. Ausnahmen bilden in diesem Zusammenhang allein Spermien und Eizellen, die je nur einen halben Chromosomensatz enthalten. Menschen beispielsweise besitzen insgesamt 46 Chromosomen, 22 Paar „normale“ Chromosomen und zwei Geschlechtschromosomen.

Abweichungen in der arttypischen Anzahl, so der bisherige Forschungsstand, rufen im Allgemeinen schwere Beeinträchtigungen hervor. Das Down-Syndrom etwa, Ursache physischer und psychischer Behinderungen bei Menschen, entsteht durch ein überzähliges Chromosom 21, das drei- statt zweimal vorhanden ist. Die Symptome treten auch dann auf, wenn nur ein Teil der Zellen diese Anomalie aufweist, wenn die Zellen also hinsichtlich ihrer Erbinformation ein genetisches Mosaik darstellen. Dass eine abweichende Anzahl an Chromosomen mit gravierenden Defekten im Organismus einhergeht, wird auch durch jüngste Studien bestätigt, die zeigen, dass viele, wahrscheinlich sogar alle Tumoren eine merkliche Variationen der Chromosomenzahl in ihren Zellen aufweisen.

Messerfische mit genetischem Mosaik

Günther Zupanc, Professor der Neurobiologie an der Jacobs University Bremen, konnte zusammen mit seinem Team sowie den Arbeitsgruppen seiner Forscherkollegen Jerold Chun in La Jolla und Andreas Lösche in Leipzig, nun nachweisen, dass die Neuronen in den Gehirnen des Messerfisches Apteronotus leptorhynchus ein genetisches Mosaik hinsichtlich ihrer Chromosomenzahl bilden. Wie auch andere Knochenfische zeichnet sich diese Art durch ihr enormes Potenzial aus, kontinuierlich neue Nervenzellen im ausgewachsenen Gehirn zu produzieren.

Mikroskopische Untersuchungen von Präparaten dieser neu gebildeten Nervenzellen, die ausschließlich von gesunden Fischen stammten, ergaben, dass nur rund ein Fünftel die für diese Art typische Anzahl von 22 Chromosomen aufweist. Die Mehrzahl der Neuronen verfügt über weniger, manche Zellen jedoch auch über mehr Chromosomen. Mit bis zu 16 fehlenden zwölf zusätzlichen Chromosomen weicht die Summe in vielen Fällen drastisch von der gewöhnlichen Anzahl von 22 ab.

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Unregelmäßigkeiten bei der Zellteilung für Chromosomenvariabilität verantwortlich

Durch die Analyse von Zellen im Teilungsstadium konnten die Wissenschaftler außerdem zeigen, dass Unregelmäßigkeiten bei der mitotischen Zellteilung für die Chromosomenvariabilität verantwortlich sind: Anstelle der üblichen symmetrischen Teilung, die Tochterzellen mit gleichen Chromosomenzahlen hervorbringt, erfolgt eine asymmetrische Teilung, bei der Tochterzellen mit unterschiedlicher Chromosomenzahl entstehen.

„Wir vermuten, dass es sich bei der von uns beobachteten Variabilität der Chromosomenzahl um einen Regelmechanismus für Genaktivität handelt, der für einige, vielleicht sogar alle Organismen ein ganz normaler Teil ihrer Entwicklung ist.“, beschreibt Zupanc die Bedeutung des Untersuchungsergebnisses. Zellen, die mehr als zwei Kopien eines bestimmten Chromosoms enthalten, produzieren vermutlich eine größere Menge eines Proteins, das durch ein auf dem Chromosom befindlichen Gen kodiert ist, Zellen mit weniger als dem gängigen Chromosomenpaar dagegen weniger.

„Auf diese Weise wird durch einen einfachen Mechanismus eine erhebliche Variabilität in der Wirksamkeit ein und derselben genetischen Information erreicht“, so Zupanc weiter. Neben einem besseren Verständnis der Vielfalt normaler Entwicklungsmechanismen von Lebewesen sind die Resultate der Untersuchung nach Ansicht des Bremer Neurobiologen aber auch von medizinischer Relevanz. „Langfristig werden wir auch in der Lage sein, die Rolle abweichender Chromosomenzahlen bei der Entstehung von Krankheiten, etwa bei der Bildung von Tumoren, besser zu verstehen“, schlussfolgert der Wissenschaftler der Jacobs University.

(idw – Jacobs University Bremen, 04.04.2007 – DLO)

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