Fittes Pflänzchen

News: Fittes Pflänzchen

In den Chromosomen tickt gnadenlos die Uhr. Bei jeder Zellteilung geht ein kurzes Stück verloren, das ein Enzym wieder anhängen muss. Doch die Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana scheint nicht so dringend auf diesen Reparaturmechanismus angewiesen zu sein. Sie überlebt erstaunlich viele Teilungsschritte trotz schrumpfender Chromosomen.

Andreas Jahn

Wie ein Reißverschluss öffnet sich der DNA-Faden bei der Zellteilung. An jeder Hälfte des geöffneten Stranges ergänzt das Enzym DNA-Polymerase Stück für Stück die jeweils fehlenden Nucleotide, sodass aus den beiden Hälften zwei neue komplette DNA-Moleküle entstehen. Der Vorgang läuft jedoch nicht ganz verlustfrei ab, denn die DNA-Polymerase kann nicht ohne Hilfe loslegen. Sie benötigt einen Starter – den RNA-Primer –, an den sie sich anheften kann. Dadurch fehlt in dem verdoppelten Strang nach jeder Teilung ein kurzes Ende. Um zu verhindern, dass dadurch wertvolles genetisches Material verloren geht, tragen die Chromosomenenden Schutzkappen, die so genannten Telomere. Sie bestehen aus monoton sich wiederholenden Basensequenzen, welche die Zelle bei jeder Verdopplung opfert. Sind die Telomere aufgebraucht, dann fehlt der neu entstehenden Zelle genetische Information. Da sich außerdem Nucleasen auf den ungeschützen DNA-Strang stürzen können, geht es der Zelle ohne Telomere schlecht – sie stirbt.

Um diese tickende Zeitbombe zu entschärfen, setzt die Zelle das Enzym Telomerase ein. Es ergänzt immer wieder die nach der Teilung verlorengegangenen Basensequenzen der Telomerregion. Fehlt das Enzym oder ist es in seiner Arbeitsweise gestört, treten bei Mäusen bereits nach drei Generationen erste Schädigungen auf. Nach sechs Generationen versagt die Embryonalentwicklung der Tiere.

Somit sind für Säugetiere die katastrophalen Folgen einer fehlenden Telomerase bekannt. Doch wie reagieren Pflanzen auf den Enzymverlust? Das fragte sich Dorothy Shippen vom Department of Biochemistry and Biophysics der Texas A&M University. Als Versuchskaninchen wählte sie die Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana aus, denn praktischerweise ist das komplette Genom dieser Pflanze bereits bekannt. Zusammen mit ihren Kollegen züchtete sie Mutanten, denen das Gen für die Telomerase fehlte und beobachtete sie über mehrere Generationen.

Erwartungsgemäß verkürzten sich die Telomere durch die Zellteilungen. Bei jeder Generation verloren die Chromosomen etwa 250 bis 500 Basenpaare. Doch überraschenderweise scheint sich Arabidopsis nur wenig um diesen Verlust zu scheren. Es traten zwar einige Störungen wie verlangsamtes Sprosswachstum, verkleinerte Blüten oder geringere Pollenzahl auf, die Pflanzen konnten jedoch über zehn Generationen ohne Telomerase überleben.

"Die Pflanzen sind in der Lage, einen beträchtlichen genetischen Verlust zu verkraften", erzählt Karel Riha von der Arbeitsgruppe. "Dies unterscheidet grundsätzlich Pflanzen und Tiere voneinander." Und sein Kollege Thomas McKnight ergänzt: "In Tieren gibt es ein streng reguliertes Entwicklungsmuster ohne einen Weg zurück. Aber Pflanzen bauen während ihres Lebens ständig neue Organe. Sie sind flexibler." Jetzt hoffen die Forscher auf neue Erkenntnisse über die Stabilisierung von Chromosomen. "Es gibt einen engen Zusammenhang zwischen Telomeren und der Teilungsfähigkeit von Krebszellen", erklärt Shippen. "Wenn wir verstehen, wie eine Pflanzenzelle aus der Telomerstruktur und -funktion erkennt, ob das Telomer funktionsfähig ist oder nicht, dann hoffen wir, besser zu verstehen, wie die Zellteilung beim Menschen kontrolliert wird."