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Serie: Die Botschaft des Genoms (Teil III): Telomerase

Jungbrunnen für Zellen


Wie eine Wurst an den Enden zusammengeschnürt ist, tragen auch die Chromosomen Schutzkappen an ihren Enden. Diese so genannten Telomere bestehen schlicht aus der vielfachen Wiederholung eines kurzen, nichts sagenden Stücks der Erbsubstanz DNA (Desoxyribonucleinsäure). Schneidet man eine Wurst durch, hat sie plötzlich vier Enden: zwei zusammengeschnürte und zwei glatte. Auch ein Chromosom kann brechen. Telomere haben die wichtige Funktion, die echten Enden von solchen Bruchflächen zu unterscheiden. Letztere sollten von den Reparaturdiensten der Zelle wieder zusammengeschweißt werden, doch mit den ersteren darf das auf keinen Fall geschehen.

Wenn bei der Vervielfältigung des Erbguts vor der Zellteilung ein Chromosom verdoppelt wird, lassen die dafür zuständigen Enzyme am Ende allerdings ein kleines Stückchen weg. Als Folge davon sollten die Telomere mit jeder Zellteilung immer kürzer werden. Dies zu verhindern ist die Aufgabe der Telomerase.

Keimbahnzellen (Eizellen und Spermien) brauchen dieses Enzym unbedingt – ohne es wäre die Zell-Linie zum Aussterben verurteilt, sobald die Telomere zu kurz geworden sind, um noch ihre Funktionen erfüllen zu können. Für die Körperzellen hingegen, die ohnehin nur eine begrenzte Zahl von Teilungen durchlaufen, bevor wir unsere sterbliche Hülle abwerfen, ist die Telomerase entbehrlich. Deshalb wird sie in den meisten davon nach der Geburt abgeschaltet. Dies ist auch deshalb sinnvoll, weil ewig junge, unsterbliche Zellen leicht Krebsgeschwüre bilden können.

Bei der Erforschung der Telomerase erwies sich ein Einzeller als Glücksfall. Das Wimpertierchen Euplotes aediculatus stellt mit seinem Erbgut sehr merkwürdige Dinge an. Es zerschnipselt den Teil der DNA, der nicht zur Weitervererbung, sondern nur zum Gebrauch in der vorhandenen Zelle bestimmt ist, in 50 Millionen Fragmente, von denen jedes genau ein Gen enthält. Dann versiegelt der Einzeller die 100 Millionen Enden dieser Schnipsel jeweils mit einem Telomer. Deshalb benötigt er sehr viel mehr Telomerase als eine Säugerzelle. Dank dieses Umstandes konnte 1997 erstmals das vollständige Enzym isoliert werden. Es besteht aus einem RNA-Strang, einem Hauptprotein und einigen weiteren, assoziierten Proteinmolekülen.

Der RNA-Teil ist für ein Enzym äußerst ungewöhnlich. Die Telomerase benutzt ihn als Vorlage zur Herstellung von DNA. Damit fungiert sie als so genannte Reverse Transkriptase und verletzt das "zentrale Dogma" der Molekularbiologie, wonach der Informationsfluss in der Zelle von der DNA über die RNA zu den Proteinen verläuft, RNAs also nur Arbeitskopien der Erbsubstanz DNA sind, die deren Inhalt an die Proteinfabriken übermitteln.

Unklar ist vorerst das Zusammenspiel der Telomerase mit all den Faktoren, die über das Schicksal einer Zelle entscheiden. Versuche, Krebszellen mit Reverse-Transkriptase-Inhibitoren altern zu lassen, hatten bei Mäusen widersprüchliche Ergebnisse. Junghalten will man Zellen hingegen beim Klonieren. Die Einbindung der Telomerase in das zelluläre Signalnetz zu verstehen wäre eine Voraussetzung dafür, Ersatzorgane aus beliebigen Zellen des Empfängers züchten zu können.

Aus: Spektrum der Wissenschaft 12 / 2000, Seite 23
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
12 / 2000

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 12 / 2000

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