Proteinkappen schützen menschliche Telomere

News: Proteinkappen schützen menschliche Telomere

Bei jeder normalen Zellteilung geht ein kleines Stückchen am Ende jedes Chromosoms verloren. Ist der Erbfaden nach vielen Teilungen zu kurz geworden, könnte dies wie eine biologische Uhr das Ende der Zelle einläuten. Doch die Zellen scheinen sich dem Prozess nicht ungeschützt auszusetzen, sondern stülpen sich Proteinkappen auf ihre freiliegenden Enden. Was bereits bei Einzellern beobachtet werden konnte, nutzen anscheinend auch menschliche Zellen.

Dagmar Knopf

Liegt die Erbinformation nicht in einem geschlossenen Ring, sondern stabförmig vor, treten bei ihrer Replikation Probleme auf. Die jeweiligen Enden – die so genannten Telomere, die sich wiederholende DNA-Sequenzen enthalten – werden nur unvollständig abgeschrieben und verkürzen sich somit bei jeder Zellteilung. Dieser Prozess könnte die Funktion einer biologischen Uhr haben und der Zelle signalisieren, die Teilungen zu einem bestimmten Zeitpunkt einzustellen und abzusterben.

Um dem entgegenzuwirken, hat die Zelle jedoch verschiedene Schutzmechanismen entwickelt: Zum einen verfügt sie über ein spezifisches Enzym namens Telomerase, welches an das kürzere Ende ein neues Stück anhängt und es somit wieder verlängert. Zum anderen lagern sich bestimmte Proteine an die Telomere an. Eine derartige Proteinkappe, die sich wie ein Eierwärmer über die empfindlichen Enden stülpt, konnten Forscher bislang nur in einzelligen Organismen wie Protozoen und Hefen nachweisen.

Doch Peter Baumann und seine Kollegen Wissenschaftler der University of Colorado at Boulder entdeckten nun Erstaunliches bei der Suche in den DNA-Datenbanken bereits sequenzierter Organismen, einschließlich des Menschen: Auch höherentwickelte Organismen nutzen diese Schutzvorrichtung, welche die Forscher "Protection of Telomeres", oder kurz POT-1 nannten. Und POT-1 scheint sich im Laufe der Evolution nicht wesentlich verändert zu haben, denn die Unterschiede zwischen dem Protein in den verschiedenen Organismen sind gering.

Vermutlich fanden die Wissenschaftler sogar den menschlichen Gegenpart zu der POT-1-Proteinmütze: In Laborversuchen zeigte das nachgebaute menschliche POT-1-Protein jedenfalls die erwarteten Bindeeigenschaften und dockte an die entsprechenden DNA-Telomere an.

Die Bedeutung von POT-1 wies das Forscherteam in Spalthefen nach, wo sie das zugehörige Gen leicht ausschalten konnten. Das Ergebnis war dramatisch: Die veränderte Spalthefe verlor ihre Chromosomenenden schneller als unveränderte Artgenossen.

"Die Proteinkappen sind sehr wichtig, damit die DNA organisiert und geschützt in der Zelle vorliegt und bestimmte Gene zum richtigen Zeitpunkt abgelesen werden", hebt Thomas Cech vom Howard Hughes Medical Institute hervor. Da die Chromosomenenden bei den meisten menschlichen Krebserkrankungen vervielfältigt werden, könnte das POT-1-Protein eventuell die Replikation der Telomere regulieren. "Falls dies zutrifft, liefern möglicherweise Medikamente, welche die Fähigkeit von POT-1 verändern, sich an den DNA-Strang zu binden, neue chemotherapeutische Wirkstoffe", spekuliert Cech.