Das Schweigen der Gene

News: Das Schweigen der Gene

Jede Zelle unseres Körpers besitzt das gesamte Erbgut. Nur einen Bruchteil davon benötigt die Zelle - der weitaus größte Teil ist zum Schweigen verurteilt. Doch welche Mechanismen schalten die nicht benötigten Gene ab? Bisher vermuten die Wissenschaftler, dass die DNA sich zunächst verdoppeln muss, bevor einzelne Abschnitte abschaltet werden können. Zwei Arbeitsgruppen konnten jetzt unabhängig voneinander diese These widerlegen: Das Schweigen der Gene hängt nicht mit ihrer Verdopplung zusammen.

Andreas Jahn

Bevor sich eine Zelle während der Mitose teilt, muss sie ihre DNA zunächst verdoppeln. Dies geschieht im Zellzyklus in der so genannten S-Phase der Interphase. Danach kondensieren die Chromosomenfäden zu einem immer dichter gepackten, aufgewundenen Knäuel, bis sie schließlich als typische Metaphase-Chromosomen sichtbar sind und auf die neu entstehende Zellhälften verteilt werden. Erst danach entwinden sich die Chromosomen wieder, sodass ihre Gene ablesbar sind.

Dieses Entwinden muss jedoch nicht vollständig ablaufen. Manche Abschnitte des Chromosoms bleiben auch während der Interphase als dicht gepacktes Heterochromatin sichtbar. Die DNA-Abschnitte sind dann so dicht gepackt, dass sie nicht mehr abgelesen werden können. Hier könnte das Geheimnis abgeschalteter Gene liegen, vermuteten 1984 die beiden Wissenschaftler Miller und Nasmyth: Die DNA deaktiviert nicht benötigte Abschnitte in Form von Heterochromatin. Voraussetzung hierfür wäre jedoch eine vorhergehende Replikation, also Verdopplung, während der S-Phase.

Dieser These gingen unabhängig voneinander zwei Arbeitsgruppen auf den Grund. Hierbei wendeten sowohl Ann Kirchmaier und Jasper Rine von der University of California in Berkeley als auch Yao-Cheng Li, Tzu-Hao Cheng und Marc Gartenberg von der University of Medicine and Dentistry of New Jersey in Piscataway die gleiche Methode an. Sie schnitten aus dem Genom der Hefe Saccharomyces cerevisiae einen Abschnitt, der normalerweise nicht abgelesen wird, heraus und bildeten hieraus einen kleinen DNA-Ring, der nicht mehr in der Lage war, sich zu verdoppeln. Die so manipulierten Hefezellen konnten danach weiter ihren Zellzyklus durchlaufen und während der S-Phase ihre DNA replizieren – bis auf das kleine Ringstück. Nach der Theorie von Miller und Nasmyth müsste der nicht verdoppelte Ring jetzt ablesbar sein. Doch dem war nicht so: Das Gen auf dem Ring blieb schweigsam (Science vom 26. Januar 2001).

"Wir konnten die DNA, die sich nicht verdoppeln konnte, zum Schweigen bringen", fasst Marc Gartenberg das Ergebnis zusammen. Ann Kirchmaier betont, dass die S-Phase für das Abschalten der Gene dennoch notwendig ist: "Es bleibt rätselhaft, wofür die S-Phase benötigt wird. Wir wissen, was es nicht ist: Es ist nicht die Replikation."