Telomere werden manchmal als Schlüssel zu einem längeren Leben angesehen. Sie schützen Gene vor Schäden, werden aber bei jeder Zellteilung kürzer. Bei jeder Zellteilung werden die Telomere etwas kürzer. Schließlich werden sie so kurz, dass sich die Zelle nicht mehr erfolgreich teilen kann und die Zelle stirbt.
Über die Struktur des telomeren Chromatins auf molekularer Ebene ist wenig bekannt. In einer neuen Studie haben Wissenschaftler des Leidener Institut für Physik (LION) haben eine neue Struktur telomerer DNA entdeckt. Sie nutzten Methoden der Physik für biologische Experimente und einen winzigen Magneten für die Entdeckung.
Da die DNA zwischen den Telomeren zwei Meter lang ist, muss sie gefaltet werden, damit sie in eine Zelle passt. Dies geschieht durch das Einwickeln von Paketen proteiny und DNA zusammen, um eine Struktur zu bilden, die als Nukleosom bekannt ist. Ein Nukleosom, ein Fragment freier (oder ungebundener) DNA, ein Nukleosom usw. sind in einem Muster wie eine Perlenkette angeordnet.
Die Perlenkette zieht sich dann noch weiter zusammen. Die Länge der DNA zwischen den Nukleosomen – den Perlen auf der Schnur – bestimmt, wie sie dies erreicht. Es waren bereits zwei Postfaltkonstruktionen bekannt. Bei einem von ihnen hängt freie DNA im Raum zwischen zwei benachbarten Perlen, die aneinander haften (Abb. 2A). Die benachbarten Perlen können sich nicht aneinander binden, wenn die DNA-Lücke zwischen ihnen zu klein ist. Dann beginnen sich zwei Stapel nebeneinander zu bilden.
In dieser Studie fanden Wissenschaftler eine andere Struktur der Telomere: Die Nukleosomen liegen viel näher beieinander, sodass sich zwischen den Kügelchen keine freie DNA mehr befindet. Dadurch entsteht letztendlich eine große Helix oder Spirale aus DNA.
Wissenschaftler entdeckten diese neue Struktur mithilfe einer Kombination aus Elektronenmikroskopie und Molekularkraftspektroskopie. Die letztere Technik stammt aus Van Noorts Labor. Dabei wird ein DNA-Ende an einem Glasobjektträger befestigt und am anderen Ende eine winzige Magnetkugel befestigt.
Ein Satz starker Magnete über dieser Kugel zieht dann die Perlenkette auseinander. Indem Sie die Kraft messen, die erforderlich ist, um die Perlen einzeln auseinanderzuziehen, erfahren Sie mehr darüber, wie die Schnur gefaltet wird. Anschließend nutzten die Forscher in Singapur ein Elektronenmikroskop, um die Struktur besser zu verstehen.
Van Noort sagte: „Struktur ist der ‚heilige Gral der Molekularbiologie‘. Wenn wir die Struktur der Moleküle kennen, können wir besser verstehen, wie Gene an- und ausgeschaltet werden und wie Enzyme in Zellen mit Telomeren umgehen: wie sie beispielsweise DNA reparieren und kopieren. Die Entdeckung der neuen Telomerstruktur wird unser Verständnis der Bausteine im Körper verbessern. Und das wiederum wird uns letztendlich dabei helfen, das Altern und Krankheiten wie Krebs zu erforschen und Medikamente zu ihrer Bekämpfung zu entwickeln.“
Journal Referenz:
- Soman, A., Wong, S.Y., Korolev, N., et al. Säulenstruktur des menschlichen Telomerchromatins. Natur (2022). zurück 10.1038/s41586-022-05236-5
