Forscher enträtseln die Rolle von Cohesinen bei der Teilung embryonaler Stammzellen

Chromosomen durchlaufen während der verschiedenen Phasen der Zellteilung präzise strukturelle Veränderungen auf molekularer Ebene. Diese Änderungen erfolgen mit hoher Genauigkeit, um eine Instabilität des Genoms zu verhindern. Es wurde festgestellt, dass Genominstabilität, die aus gebrochenen, fehlenden oder neu angeordneten Chromosomen resultiert, die Hauptursache für Zelltod, Karzinogenese und angeborene Störungen ist. Das Studium der genomischen Instabilität hilft Forschern, die Ursachen von Krebs zu identifizieren, und kann zu neuen Fortschritten bei ihrer Diagnose und Behandlung führen.

Wissenschaftler arbeiten seit langem daran, die Rolle zu verstehen, die Kohäsin bei der meiotischen Zellteilung spielt. Kohäsine sind wichtige Proteine ​​für die Aufrechterhaltung der Genomintegrität, da sie eine zuverlässige Chromosomentrennung gewährleisten, indem sie Schwesterchromatiden während der Meiose zusammenhalten. In einer neuen Studie, die von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Keun P. Kim von der Chung-Ang University, Südkorea, durchgeführt wurde, wurden embryonale Stammzellen (ESCs) untersucht, um zu verstehen, ob der Meiose-spezifische Cohesin-Komplex eine aktive Rolle bei der mitotischen Zellteilung spielt , das für das Wachstum und die Entwicklung aller Zellen verantwortlich ist. Ihre Ergebnisse wurden am 3. März 2022 in online veröffentlicht Genombiologie.

ESCs zeigen Pluripotenz oder das Potenzial, sich in jeden Zelltyp im Körper zu differenzieren, und haben auch eine unbegrenzte Fähigkeit zur Selbsterneuerung und eine hohe Toleranz gegenüber Stress durch DNA-Schäden. „Wir wissen jedoch wenig darüber, wie ESCs die Genomintegrität aufrechterhalten und mit den Chromosomenanomalien und Replikationsstress fertig werden, die während der Zellproliferation und -differenzierung auftreten können“, erklärt Prof. Kim. Um diese Wissenslücke zu schließen, identifizierte das Team zwei Kohäsionsfaktoren, REC8 und STAG3, die speziell in ESCs exprimiert werden. Sie untersuchten den möglichen Beitrag dieser meiotischen Komponenten während mitotischer Zellteilungen, die eng mit der Struktur und Organisation von Chromosomen in ESCs verbunden sind.

Basierend auf den vorhandenen Informationen über meiotische Kohäsine verwendete das Team von Mäusen stammende ESCs, um das Expressionsmuster von mitotischen Kohäsinkomponenten zu analysieren. Hochauflösende 3D-SIM (Structured Illumination Microscopy) und Funktionsanalysen wurden eingesetzt, um zu verstehen, wie REC8 und STAG3 zur Chromosomenstruktur und Zellfunktion bei mitotischen Teilungen beigetragen haben. Das Team fand heraus, dass, wenn die Menge an Kohäsinproteinen in der Zelle unterdrückt wird, die Chromosomen eine starke Verdichtung aufweisen, was zu ihrer frühen Nichttrennung führt, was letztendlich zu einem instabilen Genom führt. Um dieser Krise vorzubeugen, ist es notwendig, angemessene Spiegel der Kohäsinfaktoren REC8 und STAG3 aufrechtzuerhalten, die eine chromosomale Stabilisierung und eine angemessene Schwesterchromatid-Kohäsion während des Zellzyklus in ESZ gewährleisten.

Diese Studie beweist, dass chromosomale Morphogenese und Interaktion von der Anwesenheit oder Abwesenheit von mitotischen und meiotischen Kohäsinfaktoren abhängen. Die Ergebnisse liefern ein verbessertes Verständnis des Prozesses der Chromatidenkohäsion und Chromosomenbildung in mitotischen ESC-Chromosomen. Prof. Kim kommentiert die Anwendungen ihrer Studie und kommt zu dem Schluss: „Der Zweck unserer Studie war es, eine Antwort darauf zu geben, wie der Kohäsinkomplex und andere regulatorische Faktoren an der Bildung des Chromosoms und der Aufrechterhaltung der genomischen Integrität beteiligt sind. Wir denken das wird bei der Erforschung der Mechanismen und Behandlungsmethoden von Krankheiten wie Krebs, Unfruchtbarkeit und Chromosomenerkrankungen wie dem Down-Syndrom hilfreich sein.“

Zur Verfügung gestellt von der Chung Ang University