Wissenschaftler entdecken Mechanismus, der die Zentromerverteilung formt — ScienceDaily

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Wissenschaftler entdecken Mechanismus, der die Zentromerverteilung formt — ScienceDaily

Seit dem 19. Jahrhundert haben Wissenschaftler die Konfiguration von Zentromeren, einer speziellen chromosomalen Region, die für die Zellteilung lebenswichtig ist, im Zellkern festgestellt. Bis zu diesem Zeitpunkt waren die bestimmenden Mechanismen und die biologische Bedeutung der Zentromerverteilung jedoch kaum verstanden. Ein Team unter der Leitung von Forschern der Universität Tokio und ihren Mitarbeitern hat kürzlich einen zweistufigen Regulierungsmechanismus vorgeschlagen, der die Zentromerverteilung beeinflusst. Ihre Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass die Zentromerkonfiguration im Zellkern eine Rolle bei der Aufrechterhaltung der Genomintegrität spielt.

Die Ergebnisse wurden in veröffentlicht Natur Pflanzen.

Während des Prozesses der Zellteilung werden spezielle chromosomale Domänen, Zentromere genannt, an die gegenüberliegenden Enden der Zelle gezogen. Nachdem die Zellteilung abgeschlossen ist und der Zellkern aufgebaut ist, sind Zentromere räumlich im Zellkern verteilt. Wenn die Verteilung der Zentromere, die zu den beiden Polen gezogen werden, unverändert bleibt, weist der Zellkern Zentromere auf, die nur an einer Seite des Kerns gruppiert sind. Diese ungleichmäßige Verteilung der Zentromere wird nach dem Zytologen Carl Rabl aus dem 19. Jahrhundert Rabl-Konfiguration genannt. Die Kerne einiger Arten zeigen stattdessen eine verteilte Verteilung von Zentromeren, die als Nicht-Rabl-Konfiguration bekannt ist.

„Die biologische Funktion und der molekulare Mechanismus der Rabl- oder Nicht-Rabl-Konfiguration war über die Jahrhunderte hinweg ein Mysterium“, sagte der korrespondierende Autor Sachihiro Matsunaga, Professor an der Graduate School of Frontier Sciences der Universität Tokio. „Wir haben erfolgreich den molekularen Mechanismus zum Aufbau der Nicht-Rabl-Konfiguration aufgeklärt.“

Die Forscher untersuchten die Pflanze Arabidopsis thaliana, auch bekannt als Ackerschmalwand und ein Exemplar, von dem bekannt ist, dass es eine Nicht-Rabl-Konfiguration hat, und seine mutierte Form, die eine Rabl-Konfiguration hatte. Durch ihre Arbeit fanden sie heraus, dass Proteinkomplexe, die als Kondensin II (CII) bekannt sind, und Proteinkomplexe, die als Linker of Nucleoskeleton and Cotoskeleton (LINC)-Komplex bekannt sind, zusammenarbeiten, um die Zentromerverteilung während der Zellteilung zu bestimmen.

„Die Zentromerverteilung für die Nicht-Rabl-Konfiguration wird unabhängig durch den CII-LINC-Komplex und ein nukleares Lamina-Protein, das als CROWDED NUCLEI (CRWN) bekannt ist, reguliert“, sagte Matsunaga.

Der erste Schritt des zweistufigen Regulationsmechanismus der Zentromerverteilung, den die Forscher entdeckten, bestand darin, dass der CII-LINC-Komplex die Streuung der Zentromere von der späten Anaphase zur Telophase vermittelt – zwei Phasen am Ende der Zellteilung. Der zweite Schritt des Prozesses besteht darin, dass die CRWNs die verstreuten Zentromere auf der Kernlamina im Kern stabilisieren.

Um die biologische Bedeutung zu untersuchen, analysierten die Forscher als Nächstes die Genexpression in A.thaliana und in seiner Rabl-Strukturmutante. Da eine Veränderung der räumlichen Anordnung von Zentromeren auch die räumliche Anordnung von Genen verändert, erwarteten die Forscher Unterschiede in der Genexpression, doch diese Hypothese erwies sich als falsch. Wenn jedoch DNA-Schadensstress angewendet wurde, wuchsen die mutierten Organe langsamer als die normale Pflanze.

„Dies deutet darauf hin, dass eine präzise Kontrolle der räumlichen Anordnung der Zentromere für das Organwachstum als Reaktion auf Stress durch DNA-Schäden erforderlich ist, und es gibt keinen Unterschied in der Toleranz gegenüber Stress durch DNA-Schäden zwischen Organismen mit Nicht-Rabl und Rabl“, sagte Matsunaga. „Dies deutet darauf hin, dass die geeignete räumliche Anordnung der DNA im Zellkern unabhängig von der Rabl-Konfiguration wichtig für die Stressreaktion ist.“

Laut Matsunaga besteht der nächste Schritt darin, die Energiequelle zu identifizieren, die die räumliche Anordnung bestimmter DNA-Regionen verändert, und den Mechanismus, der bestimmte DNA erkennt.

„Solche Erkenntnisse werden zur Entwicklung von Technologien zur künstlichen Anordnung von DNA im Zellkern in einer geeigneten räumlichen Anordnung führen“, sagte er. „Es wird erwartet, dass diese Technologie es ermöglichen wird, stressresistente Organismen zu schaffen sowie neue Eigenschaften und Funktionen zu verleihen, indem die räumliche Anordnung der DNA verändert wird, anstatt ihre Nukleotidsequenz zu bearbeiten.“

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Materialien zur Verfügung gestellt von Universität Tokio. Hinweis: Inhalt kann für Stil und Länge bearbeitet werden.