Die Verpackung von Genen beeinflusst ihre Aktivität und erfordert präzise Organisation. Unter anderem dank einer an der ETH entwickelten Methode und in Zusammenarbeit mit der Forschungsgruppe um Ruedi Aebersold, Professor für Molekulare Systembiologie der ETH und Universität Zürich, konnten zwei Forschungsgruppen, eine an der LMU München, die andere an der Harvard University, nun erstmals die Struktur zweier grosser DNA-Ver- und Entpackungsmaschinen aufklären.

Das menschliche Genom besteht aus etwa zwei Metern DNA, die in einem winzigen Zellkern von nur wenigen Mikrometern Durchmesser Platz finden müssen. Die DNA gleicht dabei nicht etwa einem chaotischen Haufen Spaghetti, sondern ist ordentlich um Proteine herum aufgewickelt. Diese organisierte Struktur aus DNA und Protein bezeichnen Wissenschaftler als Chromatin. Je lockerer Gene in Form von Chromatin verpackt sind, desto besser können sie abgelesen werden. Wenn ein Gen stillgelegt werden soll, wird es dagegen fest verpackt.

Den Wechsel von einer festeren in eine lockerere Verpackungsform oder umgekehrt – und somit die Aktivität eines Gens –  kontrollieren grosse Komplexe aus vielen einzelnen Proteinen. Diese so genannten Chromatin-Remodellierungs-Komplexe, die teils sehr gross sind und aus flexiblen Teilen bestehen, waren bislang jedoch in ihrer Struktur und Funktionsweise mit herkömmlichen Methoden schwer zu entschlüsseln.

Einen entscheidenden Beitrag zur Lösung dieses Problems kam aus dem Labor von Ruedi Aebersold. Er und sein Forschungsteam haben eine Methode entwickelt, bei der die Untereinheiten grosser Proteinkomplexe chemisch so miteinander vernetzt werden, dass man ihre Berührungspunkte massenspektrometrisch analysieren kann. Aus dieser Karte der Berührungspunkte lässt sich zurückschliessen, welches Protein an welcher Stelle des Komplexes sitzt (ETH Life berichtete).

Dank einer Kombination dieser Methode mit klassischer Elektronenmikroskopie ist es Forschenden um Karl-Peter Hopfner, Professor an der LMU München, und der Forschungsgruppe um Andres Leschziner von der Harvard University erstmals gelungen, den Aufbau jeweils eines grossen Chromatin-Remodellierungs-Komplexes aus mehr als 14 Untereinheiten zu entschlüsseln. Die Publikationen mit Beteiligung von Florian Stengel und Franz Herzog, Forschenden um Aebersold, sind in der neuesten Ausgabe des Fachmagazins Cell erschienen. Die INO80 und SWR1 genannten Komplexe aus der Bäckerhefe spielen eine zentrale Rolle in zellulären Prozessen, bei denen Gene aus einer festeren Verpackung gelöst werden müssen.

Lesen Sie hier die Mitteilung der LMU München.

Literaturhinweis:

Tosi A, Haas C, Herzog F, Gilmozzi A, Berninghausen O, Ungewickell C, Gerhold CB, Lakomek K, Aebersold R, Beckmann R, Hopfner KP: Structure and subunit topology of the INO80 chromatin remodeler and its interaction with the nucleosome. Cell, 2013, 154: 1207-1219, DOI: 10.1016/j.cell.2013.08.016

Nguyen VQ, Ranjan A, Stengel F, Wei D, Aebersold R, Wu C, Leschziner AE: Molecular Architecture of the ATP-Dependent Chromatin Remodeling Complex SWR1. Cell, 2013, 154: 1220-1231, DOI: 10.1016/j.cell.2013.08.018