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Zellen verdichten ihre DNA, wenn ihnen Sauerstoff oder Nährstoffe fehlen

Damit Zellen normal funktionieren, müssen große Teile ihrer DNA-Struktur offen und zugänglich sein, damit Moleküle, die genetischen Code lesen, Anweisungen zur Herstellung von Proteinen geben können. Jetzt haben Forscher entdeckt, dass Zellen, die keinen Sauerstoff oder Nährstoffe haben, ihre DNA verdichten, was es für diese normalen Funktionen schwierig macht, weiterzumachen.
Die Forscher entwickelten eine neue Technologie, die es ihnen ermöglicht, einzelne Moleküle in der DNA zu lokalisieren, die dicht im Kern der Zellen verpackt ist.

Dieser ausgehungerte Zustand ist bei vielen der heute verbreiteten Krankheiten wie Herzinfarkt, Schlaganfall und Krebs zu finden, sagen Wissenschaftler des Instituts für Molekularbiologie (IMB) der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) in Deutschland.

Zusammen mit Kollegen aus anderen Forschungszentren schreiben sie in der Zeitschrift über die Entdeckung Genom-Biologie und schlagen vor, es bietet einige wichtige neue Hinweise auf diese Krankheiten und wie man sie behandelt.

Wenn eine Person einen Herzinfarkt oder einen Schlaganfall erleidet, kann dies zu langfristigen Schäden führen, da die eingeschränkte Blutzufuhr zu Herz und Gehirn die betroffenen Zellen mit Sauerstoff und Nährstoffen verhungert - ein Zustand, der als Ischämie bekannt ist. Sauerstoffmangel - oder Hypoxie - kann auch von anderen Krankheitszuständen herrühren, etwa bei Krebstumoren.

In der neuen Studie entdeckten die Forscher, dass sich unter diesen Hungerbedingungen die DNA im Kern der betroffenen Zellen dramatisch verändert - sie verdichtet sich zu dichten Klumpen. Das Ergebnis ist, dass Gen-lesende Moleküle nicht auf den genetischen Code zugreifen können und die Zelle schließlich nicht mehr funktioniert.

Wenn dies Zellen im Herzen passiert, führt dies zu einem Herzinfarkt; Wenn es im Gehirn passiert, führt es zu einem Schlaganfall.

Senior-Autor Dr. George Reid, Gruppenleiter am IMB, sagt, dass er und seine Kollegen sehr erfreut über dieses Ergebnis sind und erklärt:

"Wenn Sie einen Schlaganfall haben, wenn Sie einen Herzinfarkt haben, ist dies wahrscheinlich das, was mit Ihrer DNA passiert. Jetzt wissen wir, dass dies der Fall ist, und wir können nach Wegen suchen, diese Verdichtung der DNA zu verhindern."

Ein weiteres wichtiges Merkmal der Arbeit ist die Verwendung einer neuen DNA-Sondierungs-Technologie, die einige der IMB-Autoren entwickelt haben, um die DNA von Zellen mit einer nie zuvor erreichten Detailgenauigkeit zu untersuchen.

Neue Technologie zeigt einzelne Moleküle in der DNA von Zellen

Der genetische Code, der im Zellkern enthalten ist, besteht nicht aus frei schwebenden linearen DNS-Strängen - er ist in einer dicht gepackten Struktur aus DNA und Proteinen, Chromatin genannt, untergebracht. Die Chromatinstruktur ist hochgradig organisiert, um die DNA kompakt in den Zellkern zu integrieren und den Zugang für die Genexpression und die DNA-Verarbeitung zu ermöglichen.

Aber die konventionelle Mikroskopie hat keine ausreichende optische Auflösung, um die Nanostrukturen des Chromatins zu untersuchen, bemerken die Forscher.

Die neue Technologie ist eine Entwicklung der hochauflösenden Lichtmikroskopie. Es verwendet blinkende Farbstoffe, die an die DNA binden und es den Forschern ermöglichen, in und um die Chromatinkomplexe herumzuschauen und die Position einzelner Moleküle in der DNA von Säugerzellen zu bestimmen.

Die neue Technologie wird in einer separaten Veröffentlichung in der Zeitschrift beschrieben Experimentelle Zellforschung.

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