Forscher der Queen Mary University of London (QMUL), Großbritannien, haben jetzt einen wichtigen Teil des Mechanismus entdeckt, der daran beteiligt ist, wie Chromosomen während der Zellteilung auseinandergezogen werden, so dass ein vollständiger Satz in jede der neuen Zellen gelangt.

“Während der Zellteilung teilt sich eine Mutterzelle in zwei Tochterzellen, und während dieses Prozesses wird die DNA in der Mutterzelle, die in Form von Chromosomen verpackt ist, in zwei gleiche Sätze aufgeteilt. Um dies zu erreichen, fangen seilartige Strukturen, die so genannten Mikrotubuli, die Chromosomen an einer speziellen Stelle, dem Kinetochor, ein und ziehen die DNA auseinander”, erklärt Dr. Viji Draviam, Dozent für strukturelle Zell- und Molekularbiologie an der School of Biological and Chemical Sciences der QMUL.

“Wir haben zwei Proteine – winzige molekulare Maschinen – identifiziert, die die korrekte Verbindung zwischen den Chromosomen und den Mikrotubuli ermöglichen. Wenn diese Proteine nicht richtig funktionieren, können die Zellen ein Chromosom verlieren oder gewinnen. Diese Entdeckung gibt uns einen Einblick in einen wichtigen Schritt im Prozess der Zellteilung.”

Die Studie, die heute (Freitag, 28. Juli 2017) in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wird, hilft, den Zustand zu erklären, der als Aneuploidie bekannt ist – wenn Zellen am Ende die falsche Anzahl von Chromosomen haben.

Mithilfe von hochauflösenden Mikroskopen, die das Innenleben lebender menschlicher Zellen filmen, entdeckten Dr. Draviam und ihre Kollegen von der University of Cambridge (Großbritannien) und dem Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie in Heidelberg (Deutschland), dass zwei Proteine – die Aurora-B-Kinase und die an BubR1 gebundene PP2A-Phosphatase – gegensätzlich agieren, indem sie Phosphatgruppen hinzufügen bzw. entfernen, um die Befestigung von Mikrotubuli an den Chromosomen korrekt zu steuern.

Ko-Autor Duccio Conti, der Doktorand von Dr. Draviam, sagte: “Wir haben herausgefunden, dass ein Gleichgewicht zwischen Aurora-B-Kinase und BubR1-gebundener Phosphatase wichtig ist, um die korrekte Chromosomenzahl in menschlichen Zellen aufrechtzuerhalten.”

Das Verständnis der zugrundeliegenden molekularen Mechanismen der Zellteilung könnte bei der Behandlung einer Reihe von Krankheiten und Störungen helfen.

“Aggressive Krebsarten weisen oft eine unregelmäßige Anzahl von Chromosomen auf. Normale menschliche Zellen haben normalerweise 23 Chromosomenpaare, Krebszellen können jedoch 50 oder mehr Chromosomen haben. Um den Grund für die Aneuploidie gezielt zu diagnostizieren und auch um Aneuploidie gezielt zu behandeln, muss man verstehen, was Aneuploidie überhaupt verursacht”, fügte Dr. Draviam hinzu.

Es gibt Menschen, die mit Mutationen geboren werden, die sie für Aneuploidie prädisponieren. Ein solcher Zustand ist die mosaikartige Aneuploidie (MVA), bei der den Patienten ein kleiner Teil des BubR1-Proteins fehlt. Es handelt sich um eine sehr seltene Erkrankung, aber die Betroffenen können unter Mikrozephalie (kleiner als der normale Kopf), eingeschränktem Wachstum, Problemen mit dem Gehirn und dem Nervensystem, Entwicklungsverzögerungen, geistigen Behinderungen und Krampfanfällen leiden sowie ein erhöhtes Krebsrisiko haben.

Dr. Draviam sagte: “Es wird nützlich sein, zu sehen, wie hoch die AuroraB-Kinase bei MVA-Patienten ist, denen Teile des BubR1-Gens in ihrer DNA fehlen. Um den Verlust von BubR1 bei diesen Patienten auszugleichen, könnte Aurora-B vielleicht reduziert werden. Außerdem sind wir neugierig darauf, ob Chromosomen bei Patienten, denen BubR1-gebundene Phosphatase fehlt, normal eingefangen werden. Dies könnte neue Wege aufzeigen, um zusätzliche Veränderungen in der Chromosomenzahl zu bekämpfen, die bei Patienten mit BubR1-Mutationen zu beobachten sind.

“Bei Fruchtbarkeitsbehandlungen wird es nützlich sein, die Konzentrationen dieser beiden Proteine am Kinetochor zu untersuchen, um gesunde Eizellen für die Einpflanzung in die Gebärmutter von Frauen auszuwählen, um ihnen die besten Chancen auf eine erfolgreiche Schwangerschaft zu geben.”

Dr. Draviam schloss: “Indem diese Arbeit zu einem molekularen Verständnis des Chromosomentrennungsprozesses beiträgt, wird sie die künftige Entwicklung von prädiktiven Markern oder medikamentösen Zielstrukturen für eine Vielzahl von Erkrankungen unterstützen, die mit unregelmäßigen Chromosomenzahlen verbunden sind.”