DNA-Reparatur in lebenden Zellen

News: DNA-Reparatur in lebenden Zellen

Zusammen mit Physikern, Ingenieuren und mit Hilfe eines Elektronenbeschleunigers haben Molekularbiologen untersucht, wie beschädigte Gene in lebenden Zellen repariert werden. Durch Anwendung einer neuen Methode konnte das Forscherteam definitiv nachweisen, was zahlreiche Wissenschaftler schon längst vermutet haben, bisher jedoch nie direkt zeigen konnten: Innerhalb des gefalteten Chromosoms im Zellkern sind spezielle Reparaturproteine an der Arbeit, die von ihrem Stützpunkt aus an beschädigte Genstellen wandern.

"In den vergangenen 24 Stunden wurde jedes Chromosomen in jeder Zelle unseres Körpers durch krebsverursachende Chemikalien, ultraviolette Strahlung oder freie Radikale, die Nebenprodukte verschiedener zellulärer Prozesse sind, beschädigt," sagte John Petrini, Assistenzprofessor für medizinische Genetik an der University of Wisconsin Medical School. "Aber unsere Zellen sind mit einem System ausgerüstet, das die DNA dauernd überwacht und Schäden repariert."

Petrini und seine Kollegen haben ihre Anstrengungen auf einen Komplex aus vier Proteinen (MR95) konzentriert. In unbeschädigten Zellen steuert MR95 unter anderem die Rekombination der DNA bei der Zellteilung und nimmt eine wichtige Funktion bei der Entwicklung von Fortpflanzungszellen sowie des Immunsystems war. Die Forscher hoffen, daß ihre Studien zu einer besseren Vorstellung beitragen, wie Chromosomen instabil werden, da dieser Zustand häufig mit der bösartigen Entartung von Zellen in Verbindung gebracht wird.

Das in Science (24. April 1998) beschriebene neuartige Experiment wurde am Synchrotron Radiation Center der Universität durchgeführt. Dort können durch Hochgeschwindigkeitsbeschleunigung von Elektronen Röntgenstrahlen mit unterschiedlichen Energieniveaus erzeugt werden.

"Wir wollten Chromosomen in einem winzigen Bereich des Kerns einer lebenden menschlichen Zelle spalten, ohne sie zu zerstören", sagte Petrini. "Dieser Effekt konnte erzielt werden mit dem Elektronenbeschleuniger am Synchrotron, der sogenannte ultraweiche Röntgenstrahlen erzeugt, deren Wirkung äußerst begrenzt ist."

Um nur einen kleinen Bereich des Kerns zu beschädigen, bestrahlten die Forscher die Zellen durch ein winziges Gitter aus Goldstreifen, das einige Teile schützt, andere jedoch nicht. Nach Markierung der beschädigten DNA in den ungeschützten Teilen des Kerns mit einem fluoreszierenden Farbstoff verglichen sie die geschützten mit den ungeschützten Bereichen. Dabei fanden sie heraus, daß beschädigte DNA als deutliche Streifen erschien, die exakt mit dem Streifenmuster des Goldgitters übereinstimmte.

Die Wissenschaftler entdeckten weiterhin, daß eines der MR95-Proteine (hMre11) sich bald nach der Bestrahlung an Stellen mit DNA-Schäden ansammelte. Es erschien als helle Flecke innerhalb von Streifen, die bestrahlt wurden, während kein hMre11 in Bereichen vorhanden war, die gegen die Bestrahlung geschützt waren. Das hMre11-Protein blieb solange an dem geschädigten Kernbereichen, bis der Großteil der DNA-Reparatur durchgeführt war.

"Dies bestätigte, was wir und andere früher bereits indirekt nachgewiesen hatten – nämlich daß Reparaturproteine sich schnell an geschädigten Stellen versammeln, wenn sie ihre übliche Reaktion auf einen DNA-Schaden aufnehmen," sagte Petrini. Seiner Ansicht nach wäre die andere Möglichkeit gewesen, daß DNA-Schäden zu spezialisierten Kernbereichen wandern, wie dies bei einigen genetischen Funktionen geschieht. Wandern die Reparaturproteine jedoch wie gezeigt zur Stelle des Schadens, müssen sie durch irgendein Signalsystem dorthin gerufen worden sein, schlußfolgert Petrini. Experimente, die dieses Signalsystem untersuchen sollen, sind bereits in Planung, fügte er hinzu.

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