Nahezu perfekter Schutz

News: Nahezu perfekter Schutz

Jede Verdopplung der Erbinformation birgt tödliche Gefahren, denn ein Zuviel wäre das Aus für die betroffene Zelle. Um diesem fatalen Irrtum vorzubeugen, sichern sich die Zellen nicht einmal oder zweimal, nein, mindestens dreimal durch verschiedene Sicherungskontrollen ab. Ein nahezu perfekter Schutz gegen überflüssige Genvervielfältigung.

Dagmar Knopf

Die Zellteilung ist ein äußerst heikler Vorgang, bei dem theoretisch so einiges schief laufen kann. Damit die Tochterzellen auch zum identischen Ebenbild der Mutterzelle geraten, muss die komplette Erbinformation peinlich genau kopiert werden und das mal zwei. Doch wehe, die Zelle stellt aus Versehen mehr als zwei Kopien her: Dann können die fehlerhaften Instruktionen unter anderem zu Krebs führen.

Damit dies nicht geschieht, hat die Zelle gleich ein ganzes Sammelsurium an Sicherheitsnetzen in diesen Prozess eingebaut, wie Wissenschaftler um Joachim Li von der University of California nun an Hefezellen beobachten konnten. In diesen Einzellern startet die Verdopplung der DNA, genauso wie in menschlichen Zellen, mit der gezielten Positionierung so genannter Replikationsfaktoren an festgelegten Stellen entlang des DNA-Moleküls. Nun könnten sich die Faktoren irrtümlich erneut an die DNA binden und eine zweite Abschrift in die Wege leiten. Damit dies nicht passiert, markiert ein spezifisches Set aus Kinaseproteinen durch Anhängen von Phosphatgruppen die Replikationsfaktoren und verhindert so einen zweiten Start des kritischen Schrittes.

Mindestens drei unterschiedliche Replikationsfaktoren sind von dieser Kontrolle betroffen. Ein Faktor namens Mcm wird nach Markierung aus dem Zellkern, dem Ort des Geschehens, einfach ausgeschlossen. Während hier die räumliche Trennung einen Neustart verhindert, baut die Zelle einen zweiten Faktor, bekannt als Cd6, chemisch ab und entfernt ihn so aus der Gefahrenzone. Das dritte betroffene Replikationsprotein ORC wird durch einen noch unbekannten Prozess deaktiviert.

Nur wenn die Wissenschaftler alle drei Kontrollsysteme auf einmal ausschalten konnten, zwangen sie die Zelle zu einer zweiten Kopie. Doch selbst dies führte nicht zu einer vollständigen Verdopplung des Genoms. Denn nur etwa 50 Prozent der Gene wurden dann fälschlicherweise noch mal kopiert, was die Beteiligung zusätzlicher, noch unentdeckter Sicherungsnetze nahelegt. Diesen sind Li und seine Kollegen noch auf der Spur. Dass die Evolution soviel Energie und Kreativität in die Entwicklung dieser Kontrollsysteme gesteckt hat, zeigt ihre immense Bedeutung für eine geregelte Entwicklung der Organismen.

"Zum ersten Mal haben wir ein System, mit dem wir klären können, was passiert, wenn die Replikation nicht kontrolliert wird", sagte Li. "Möglicherweise lernen wir, die Fähigkeit der Zellen zu erhöhen, sich vor diesem Zusammenbruch zu schützen."