Der code des Lebens (genome) ist nicht nur eine lineare Abfolge von Buchstaben, sondern ist auch gefaltet (voneinander getrennt) in eine speziell chromatin-Struktur im Zellkern. Dieses drei-dimensionale genomische Struktur ist von grundlegender Bedeutung, da es bestimmt, welche Gene „einschalten“ und die „ausgeschaltet“ in den einzelnen Zelltypen.
Eine neue Studie unter der Leitung von Wissenschaftlern der UAB und der CNAG-CRG und veröffentlicht in Cell Reports zeigt die dreidimensionale genomische Struktur der männlichen Keimzellen. Die Studie, durchgeführt auf Mäusen, zeigt, dass diese Struktur ist extrem dynamisch, während der Bildung der Keimzellen (Gameten Vorläufer-Zellen). Darüber hinaus ist die Studie offenbarte ein fein abgestimmtes Gleichgewicht zwischen chromatin-Umbau -, Architektur-Proteine wie cohesins und gen-expression während dieses Prozesses.
Alle sexuell reproduzierenden Organismen bilden haploide Gameten (Eizellen und Spermien) — jede-Zelle-Typ mit nur einer Kopie von jedem Chromosom-durch zwei aufeinanderfolgende Zellteilungen vorangestellt ist eine Runde in der Genom-Replikation. Dieser Prozess ist bekannt als Meiose und bedeutet, dass das Genom sein muss, verpackt und unverpackt in einer präzisen und sehr geregelten Art und Weise.
„Unsere Arbeit zeigt die Dynamik von chromatin-remodelling während der Bildung der männlichen Gameten, durch den Vergleich von Veränderungen in der chromatin-Falt-und gen-Transkription zu verschiedenen Zeitpunkten während der männlichen Meiose“, sagt der Koordinator der Studie, Aurora Ruiz-Herrera, Forscher an der Abteilung der Zellbiologie, der Physiologie und Immunologie des Instituts für Biotechnologie und Biomedizin (IBB) an der UAB und leitet dort die Forschungsgruppe in der Tier-Genomik. „Wir haben damit bewiesen, die Existenz verschiedener Grade von Genom-Faltung und wie diese verschiedenen Ebenen der Genom-Organisation im Zusammenhang von strukturellen Proteinen wie cohesins und Genexpression. Die Ergebnisse ebnen den Weg für neue Untersuchungen zu den molekularen Mechanismen, die diese Veränderungen.“
„Diese Studie wurde nur möglich, Dank der Kombination aus sich ergänzenden Techniken in der Biologie wie molekulare Genetik, imaging-Mikroskop und computer-Simulationen. Es ist wirklich ein multidisziplinäres Projekt“, erklärt Marc A. Marti-Renom, ICREA-Forscher und Leiter der Structural Genomics-Gruppe an der CNAG-CRG und co-Leiter der Studie.
Das Projekt stellt einen wichtigen Fortschritt in der Erforschung der Mechanismen der Erzeugung und Regelung der 3D-Struktur und Funktion des Genoms während der Bildung der Keimzellen. Bei der Bestimmung dieser Mechanismen ist von grundlegender Bedeutung, gegeben, dass die Deregulierung in diesem Prozess kann dazu führen, dass Krankheiten wie Unfruchtbarkeit, chromosomale Veränderungen wie Trisomie 21.
Nach Ansicht der Wissenschaftler, die Forschung stellt auch ein Beispiel für die Bedeutung der Synergie zwischen Spezialisten aus verschiedenen Bereichen wie molekular-und Zellbiologie, Genomik und Bioinformatik bei der Förderung unserer Kenntnis der Vorschriften und der Struktur des Genoms. Die Teilnahme an der Studie waren sieben Forschungs-teams, einschließlich der UAB, der CNAG-CRG der CSIC-Universidad de Salamanca, der Sequentia Biotech und der University of New South Wales in Sydney.