Einen Garten zu pflegen ist harte Arbeit. Stellen Sie es sich aus der Perspektive der Pflanzen vor. Jede Pflanze ist auf fein abgestimmte genetische Prozesse angewiesen, um genaue Kopien der Chromosomen an zukünftige Generationen weiterzugeben. Diese Prozesse umfassen manchmal Milliarden beweglicher Teile. Selbst die kleinste Störung kann einen Kaskadeneffekt haben. Daher ist es für Pflanzen wie Arabidopsis thaliana gut, einen Plan B zu haben.
„Bei jeder Zellteilung müssen die Chromosomen genau aufgeteilt werden“, erklärt Rob Martienssen, Professor am Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) und Forscher am HHMI . „Damit das geschieht, hat jedes Chromosom ein Zentromer. Bei Pflanzen steuern Zentromere die Chromosomenaufteilung mit Hilfe eines Moleküls namens DDM1.“
Martienssen entdeckte DDM1 1993 mit einem Team, zu dem auch Tetsuji Kakutani gehörte, damals Postdoc bei CSHL-Stipendiat Eric Richards. Kakutani und Martienssen haben sich kürzlich wieder zusammengetan, um eine Frage zu untersuchen, die 30 Jahre lang im Raum stand. Wenn Menschen ihre Version von DDM1 verlieren , können sich die Zentromere nicht gleichmäßig teilen. Dies führt zu einer schweren genetischen Erkrankung namens ICF-Syndrom. Aber wenn das Molekül so wichtig ist, warum ist Arabidopsis dann nicht betroffen, wenn DDM1 verloren geht?
„Wir fragten uns, warum es so anders sein sollte. Etwa 10 Jahre später fanden wir heraus, dass die Funktion des Centromeres bei Hefe durch kleine RNAs gesteuert wird. Dieser Prozess wird RNAi genannt. Pflanzen haben tatsächlich sowohl DDM1 als auch RNAi. Also dachten wir uns: ‚Lasst uns diese beiden in Arabidopsis isolieren , um zu sehen, was passiert.‘ Das taten wir und tatsächlich sahen die Pflanzen wirklich schrecklich aus“, erklärt Martienssen.
Bei genauerem Hinsehen stellte das Team fest, dass ein einzelnes Transposon im Chromosom 5 für die Defekte verantwortlich war. Transposonen bewegen sich im Genom und schalten Gene an und aus. In Arabidopsis lösen sie DDM1 oder RNAi aus, um die Teilung der Centromere zu unterstützen. Wenn DDM1 und RNAi jedoch fehlen, wird der Prozess gestört.
„Wir haben nur sehr wenige Kopien dieses Transposons an anderen Stellen im Genom gefunden“, sagt Martienssen. „Aber das Zentromer des Chromosoms 5 war mit diesen Dingen befallen. Wir dachten: ‚Wow, okay, das könnte es wirklich sein.‘ Dann begannen wir daran zu arbeiten, wie man die gesunde Funktion wiederherstellen kann.“
Martienssen und der Hauptautor der Studie, Atsushi Shimada, entwickelten Moleküle namens kurze Haarnadel-RNAs, die auf die Transposonen abzielen.
„Diese kleinen RNAs gleichen den Verlust von DDM1 aus. Sie erkannten jede Kopie des Transposons im Centromeren und stellten erstaunlicherweise die Centromerenfunktion wieder her. Jetzt waren die Pflanzen also wieder fruchtbar. Sie bildeten Samen. Sie sahen viel besser aus“, erklärt Martienssen.
Natürlich geht es nicht nur um Pflanzen. Beim Menschen steht eine ungleichmäßige Centromerenteilung mit Erkrankungen wie ICF und frühem Krebsverlauf in Zusammenhang . Martienssen hofft, dass die Arbeit seines Teams eines Tages zu besseren Behandlungsmöglichkeiten für diese und andere Krankheiten führen könnte.
https://www.nature.com/articles/s41477-024-01773-1
