Fruchtbarkeit: Molekularer Reißverschluss und DNA-Verbindung dienen als Schutz

Wissenschaftler der Universität Wien (Österreich) haben in einer aktuellen Studie mit Hefezellen neue Erkenntnisse zur sicheren Fortpflanzung gewonnen. Die Ergebnisse könnten auf Säugetiere übertragbar sein.

Die Wissenschaftler um Letztautor Joao Matos von der Universität Wien entdeckten, dass winzige DNA-Strukturen, die Holliday Junctions, bei der Bildung von Eizellen oder Spermien nicht nur Sprungbretter auf dem Weg zum Crossing-over sind. Stattdessen tragen sie auch zur Stabilisierung des synaptonemalen Komplexes bei. Diese Stabilität wiederum signalisiert der Zelle, keine weiteren DNA-Brüche mehr zu erzeugen, wodurch das Genom vor Schäden geschützt wird, erklären die Autoren. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht.

„Unsere Hypothese war, dass die Holliday Junctions mehr sind als passive DNA-Verbindungen“, erklärt Matos und fügt hinzu: „Sie sind für den Aufbau und Erhalt des synaptonemalen Komplexes unerlässlich und sorgen dafür, dass die Chromosomen gepaart bleiben, bis das Crossing-over sich bilden kann.“

Modell mit Bäckerhefe

Um diese Idee zu testen, verwendete Erstautor Adrian Henggeler Bäckerhefe als Modellorganismus, weil Hefe eine ähnliche Meiose wie in menschlichen Zellen durchläuft. Es gelang ihm, Millionen von Hefezellen genau in dem Moment „einzufrieren“, als die DNA-Verbindungen und der Chromosomenreißverschluss vorhanden waren, aber bevor der Austausch stattgefunden hat. Danach trennte er die DNA-Verbindungen mit einem im Labor entwickelten einzigartigen molekularen Werkzeug und konnte in Echtzeit die Ergebnisse beobachten.

„Einer unserer Aha-Momente war, als wir ‚live‘ sahen, wie der synaptonemale Komplex in dem Moment zusammenbrach, sobald die Verbindungen entfernt wurden. Unsere Vermutung wurde bestätigt”, berichtet Henggeler. Ohne die Holliday Junctions fiel der Chromosomenreißverschluss auseinander, es bildeten sich erneut DNA-Brüche und die Meiose konnte nicht mehr korrekt ablaufen.

„Diese Studie deckt einen einfachen, aber eleganten Rückkopplungskreislauf auf“, kommentiert Matos die neuen Forschungsergebnisse. „Sobald die Kreuzungen und der Chromosomenreißverschluss stabilisiert sind, ‚weiß‘ die Zelle, dass sie keine Brüche mehr erzeugen und die Meiose sicher fortsetzen kann.“, fügt er hinzu.

Weitere Studien geplant

Nun wollen die Forscher im nächsten Schritt herauszufinden, ob das gleiche Prinzip auch bei Säugetieren gilt. Wenn ja, könnte dies Aufschluss über grundlegende Mechanismen geben, die die Fruchtbarkeit schützen und die Genomstabilität über Arten hinweg aufrechterhalten.