Die ikonische X-förmige Organisation von Metaphase-Chromosomen wird häufig in Lehrbüchern und anderen Medien dargestellt. Die Zeichnungen erklären auf fesselnde Weise, dass der Großteil der genetischen Information in Chromosomen gespeichert ist, die sie an die nächste Generation weitergeben. „Diese Präsentationen legen nahe, dass die Chromosomen-Ultrastruktur gut verstanden ist. Das ist jedoch nicht der Fall“, sagt Dr. Veit Schubert von der IPK-Forschungsgruppe Chromosomenstruktur und -funktion.
Es wurden mehrere Modelle vorgeschlagen, um die Struktur höherer Ordnung von Metaphase-Chromosomen zu beschreiben, basierend auf Daten, die mit einer Reihe von molekularen und mikroskopischen Methoden erhalten wurden. Diese Modelle werden als spiralförmig und nicht spiralförmig kategorisiert. Helikale Modelle gehen davon aus, dass das Chromatin in jedem Schwesterchromatid in der Metaphase als Spirale angeordnet ist, während nicht-helikale Modelle darauf hindeuten, dass Chromatin innerhalb der Chromatiden gefaltet ist, ohne eine Spirale zu bilden.
Die Forscher haben den Anfang des 20. Jahrhunderts erstmals verwendeten Begriff „Chromonema“ wiederbelebt. Nun lieferten die Forscher von IPK und IEB eine detaillierte Beschreibung seiner Ultrastruktur. Verschiedene experimentelle Ansätze, darunter Chromosomen-Konformations-Erfassungssequenzierung (Hi-C) isolierter mitotischer Chromosomen, Polymermodellierung und mikroskopische Beobachtungen von Schwesterchromatid-Austauschen und Oligo-FISH-markierten Regionen auf Superauflösungsebene, lieferten einen unabhängigen Beweis für das Coiling der Chromonema.
„Unser multidisziplinärer Ansatz zeigt, dass die Coiled Chromatid-Organisation und ihre organisatorische Einheit, das Chromonema, unabhängig voneinander durch verschiedene Methoden bestätigt werden können.“ sagt Dr. Veit Schubert.
„Um die Struktur höherer Ordnung mitotischer Chromosomen zu untersuchen, wurden die großen Chromosomen der Gerste (Hordeum vulgare) als Modell verwendet Chromonema“, sagt Dr. Amanda, Camara, eine der Erstautorinnen der Studie.
Das Modell schlägt einen allgemeinen Mechanismus für die Bildung von kondensierten mitotischen Chromosomen vor, der auf alle Eukaryoten über einen breiten Bereich von Genomgrößen anwendbar ist.
„Wir erwarten, dass nach unserer Studie das Chromonema-Coiling in einer größeren Anzahl von Pflanzen- und Tierarten mit großen Chromosomen bestätigt wird. Die Identifizierung des Prinzips der Chromosomenkondensation in dieser Arbeit ist das Sprungbrett zum Verständnis der Chromatindynamik im Verlauf der Zellzyklus“, sagt Dr. Amanda Camara.
Die Studie wird in der Zeitschrift veröffentlicht Nukleinsäureforschung.
Mehr Informationen:
Ivona Kubalová et al, Helical Coiling of Metaphase Chromatids, Nukleinsäureforschung (2023). DOI: 10.1093/nar/gkad028. academic.oup.com/nar/advance-a … /nar/gkad028/7058222
Zur Verfügung gestellt vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung