Schutz aus unerwarteter Quelle

Entgegen der weit verbreiteten Meinung sind nicht alle Viren für Organismen schädlich. Manchmal können Viren ihre Wirte sogar vor der Infektion durch andere Viren schützen. Wissenschaftler*innen des MPI für medizinische Forschung, Heidelberg und ihre Kollaborationspartner haben nun gezeigt, dass dies bei so genannten endogenen Virophagen der Fall ist: kleine DNA-Viren, die meist in das Genom von einzelligen Eukaryoten eingebaut sind – Organismen, deren Zellen einen membrangebundenen Zellkern haben. Darüber hinaus zeigen die Forschenden, dass Virophagen sehr spezifisch gegenüber Riesenviren sind, da es viele verschiedene Virophagen-Typen gibt und nicht alle auf dasselbe Riesenvirus reagieren.

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Biomolekulare Kondensate – Schaltzentralen für die pflanzliche Eisenversorgung

Botanik: Veröffentlichung im Journal of Cell Biology

Eisen ist ein Mikronährstoff für Pflanzen. Biologinnen und Biologen vom Institut für Botanik der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) beschreiben in einer Studie, die nun im Journal of Cell Biology erschien, dass sich regulatorische Proteine für die Eisenaufnahme im Zellkern besonders dynamisch verhalten, wenn die Zellen mit blauem Licht, einem wichtigen Signal für das Pflanzenwachstum, bestrahlt werden. Sie fanden, dass sich die zunächst homogen verteilten Proteine kurze Zeit nach der Bestrahlung eng aneinanderlegten und sich im Zellkern zu „biomolekularen Kondensaten“ vereinten.

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DNA-Organisation in Echtzeit | Wie die Dynamik der DNA die Genaktivität steuert

Obwohl Chromosomen, die unsere genetische Information speichern, dicht gepackt sind, damit sie in den Zellkern passen, sind sie ständig in Bewegung. Bestimmte Regionen müssen in Kontakt kommen, damit ein Gen aktiviert werden kann. Eine Gruppe von Wissenschafter:innen des Institute of Science and Technology Austria (ISTA), der Princeton University und des Pasteur Instituts in Paris hat diesen dynamischen Prozess nun visualisiert. Das gibt uns neue Einblicke in die physikalischen Eigenschaften der DNA.

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Leukämie-Forschung: Extrazelluläre Vesikel modulieren Tumorsuppressor-Gen p53

Extrazelluläre Vesikel (EVs) sind winzige Bläschen mit denen DNA, RNA, Lipide und Proteine von Zelle zu Zelle weitergegeben werden können. In der Empfängerzelle reichern sich die EVs beispielsweise im Zellkern an. Aber ist die DNA in diesen Vesikeln vergleichbar organisiert wie die DNA im Zellkern? Zumindest ganz ähnlich – und mit bemerkenswerten Einflüssen auf die Genregulation, das konnte ein Team um PD Dr. Basant Kumar Thakur von der Kinderklinik III des Universitätsklinikums Essen und Wissenschaftler an der Medizinischen Fakultät der Universität Duisburg-Essen nun zeigen.

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Molekularbiologie: DNA-Verpackung unterstützt die Zellteilung

• Ein Team um den LMU-Molekularbiologen Christoph F. Kurat konnte zeigen, dass die Art der Verpackung der DNA im Zellkern entscheidend dazu beiträgt, wie eine Zelle ihr Genom für die Zellteilung effizient verdoppeln kann.
• Charakteristische, besonders regelmäßige Strukturen dieser Verpackung kennzeichnen die Startpunkte der DNA Replikation.
• Entgegen gängiger Annahmen ist diese spezifische DNA-Verpackung nicht nur ein Hindernis, das für die Replikation überwunden werden muss, sondern entscheidend für die Zellteilung.

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Komponenten des Zellskeletts verstärken die Wirkung von Geschlechtshormonen

Forschende aus Freiburg und Kiel finden heraus, dass Aktin im Zellkern die Signalwirkung des Androgenrezeptors verstärkt und für die Ausprägung männlicher Geschlechtsmerkmale notwendig ist

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Das Erwecken des Genoms

Die Befruchtung einer Eizelle durch ein Spermium ist der Beginn neuen Lebens. Die mütterliche und väterliche Erbinformation, die DNA, wird neu kombiniert und speichert den Aufbau des Lebewesens. Sie liegt nach der Befruchtung noch inaktiv im Zellkern vor. Während die erste Teilung der befruchteten Eizelle noch mit Hilfe der in der Eizelle eingelagerten mütterlichen Faktoren funktioniert, ist für die weitere Entwicklung eines Embryos die Synthese neuer embryonaler Produkte notwendig, was den Zugang zur DNA des Embryos erfordert. Kikuë Tachibana und ihr Team am MPI für Biochemie haben nun gezeigt, dass der Pionierfaktor Nr5a2 die embryonale DNA aufweckt. Die Studie wurde in Science publiziert.

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MCM-Moleküle begrenzen die Bildung von DNA-Schleifen

Das genomische Material einer Zelle muss so in einen winzigen Zellkern verpackt werden, dass es einerseits geordnet ist und andererseits nach Bedarf abgelesen, verdoppelt oder repariert werden kann. Für eine platzsparende Verpackung sind Proteine verantwortlich, die die DNA aufrollen oder auch in Schleifen legen können. Die Wissenschaftler Kikuë Tachibana und Karl Duderstadt des Max-Planck-Instituts für Biochemie in Martinsried erforschen die Aufgabe und Funktionsweise dieser molekularen Maschinen. Wie sie herausfinden konnten, spielt der MCM-Komplex eine wichtige Rolle bei der Begrenzung der Schleifenbildung und somit auch bei der dreidimensionalen Struktur des Genoms und der Genregulation.

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Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae ist Mikrobe des Jahres 2022

Wenn zu Jahresbeginn die Sektkorken knallen, ist die Mikrobe des Jahres 2022 beteiligt: Die Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae produziert neben Wein – der Grundlage von Sekt – und Bier auch Kuchen und Brot. Hefen sind winzige Einzeller und zählen zu den Mikroben, auch wenn sie – anders als Bakterien – einen Zellkern besitzen (Eukaryoten). Diese Verwandtschaft mit Menschen macht sie zu einem idealen Forschungsobjekt. Als kleine „Zellfabriken“ stellen sie Medikamente und Rohstoffe in industriellem Maßstab her. Diesen für unseren Genuss und nachhaltige Produktion bedeutenden Mikroorganismus wählte die Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM) zur Mikrobe des Jahres 2022.

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Flashmob im Zellkern

Der Zellkern ist weit mehr als eine Art Aufbewahrungs-Behälter für Chromosomen: In ihm sitzt auch die komplexe Maschinerie, die Abschriften der gerade benötigten Gene herstellt und in die Zelle entlässt. Manche der daran beteiligten Proteine sind nicht gleichmäßig im Kern verteilt, sondern sammeln sich an bestimmten Stellen. Eine Studie der Universitäten Würzburg, Heidelberg und Bonn mit Hilfe der Evotec SE am Standort Martinsried zeigt nun, wie diese „Flashmobs“ reguliert werden. Aus den Ergebnissen könnten langfristig auch neue Therapie-Ansätze der spinalen Muskelatrophie resultieren. Sie sind in der Zeitschrift Cell Reports erschienen.

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Schwierige Entscheidungen im Zellkern: Inaktivierung des X-Chromosoms ist dynamischer und komplexer als gedacht

Weibliche Säugetiere schalten eines ihrer zwei X-Chromosomen ab. Wie die Zellen des frühen Embryos entscheiden, welches Chromosom abgeschaltet wird, ist immer noch rätselhaft. Die Sequenzierung und Analyse von einzelnen Zellen verrät nun mehr über die Anfangsphase dieses Vorgangs. Offenbar können beide Chromosomen zunächst gehemmt und dann erneut aktiviert werden, bis nur einer als „Sieger“ hervorgeht.

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Zellkern-Erbgut aus Höhlensedimenten gibt Einblicke in unsere Vergangenheit

Forschern vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig ist es erstmalig gelungen, chromosomale DNA von Neandertalern aus Höhlensedimenten zu isolieren und zu analysieren. Benjamin Vernot und Kollegen haben Zellkern-DNA von Neandertalern aus Höhlenablagerungen in Nordspanien und Südsibirien untersucht und konnten feststellen, dass dort vor etwa 100.000 Jahren eine Population durch eine andere ersetzt wurde. Die Untersuchung chromosomaler DNA aus Sedimenten kann Forschern auch an anderen Fundstätten neue Einblicke in die menschliche Vergangenheit geben, ohne dass sie auf den Fund fossiler Knochen und Zähne angewiesen sind.

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3D-Genomorganisation unabhängig von der Genregulation in Drosophila

Zu verstehen, wie unsere Gene funktionieren können, wenn die gesamte genetische Information in den Zellkern verpackt ist, ist für die Forscherinnen und Forscher des Max-Planck-Instituts für molekulare Biomedizin in Münster und der Gruppe Developmental and Regulatory Genomics am MRC London Institute of Medical Sciences (LMS) eine Schlüsselfrage ihrer Arbeiten. Unser fundamentales Verständnis für die Rolle der 3D-Organisation des Genoms und der Regulation der Genexpression zu erweitern kann uns dabei helfen, Veränderungen, die zu Mutationen und Krankheiten wie Krebs führen, besser zu verstehen.

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Neue Form der Symbiose entdeckt

Sie werden auch Kraftwerke der Zellen genannt: Die Mitochondrien. Sie kommen in fast allen Zellen mit einem Zellkern vor und versorgen sie mit Energie. Bisher war man davon ausgegangen, dass nur Mitochondrien die Aufgabe des Energielieferanten übernehmen können. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie haben nun herausgefunden, dass das so nicht stimmt. Ihre Ergebnisse werfen ein völlig neues Licht auf die Energieversorgung von Zellen in sauerstofffreier Umgebung und wurden jetzt in dem renommierten wissenschaftlichen Fachmagazin Nature veröffentlicht.

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Folgenreicher Fehler:Neurale Stammzellen werden durch epigenetische Reprogrammierung zu Treibern kindlicher Hirntumoren

Während der embryonalen Hirnentwicklung durchlaufen neurale Stammzellen eine Reihe streng geregelter Entwicklungsphasen. Durch eine Mutation in einem Protein, das unser Erbgut ordentlich gefaltet im Zellkern verpackt, wird dieses Timing gestört. Aus frühen Vorläuferzellen können dann besonders aggressive kindliche Hirntumoren, sogenannte Hirnstammgliome entstehen. Die krebstreibenden Eigenschaften erhalten die Zellen durch epigenetische Reprogrammierung, zeigen Wissenschaftler am Hopp-Kindertumorzentrum Heidelberg (KiTZ), des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ), des Deutschen Konsortiums für Translationale Krebsforschung (DKTK) und der Stanford University in Kalifornien.

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Chloroplasten auf Wanderschaft – Wie verschieden Pflanzen ihr Erbgut miteinander teilen können

Das Erbgut liegt gut geschützt im Zellkern einer jeden Zelle und speichert sämtliche Informationen, die einen Organismus ausmachen. So ist z.B. die Information über die Größe oder Blütenarbe vordefiniert. Darüber hinaus enthalten Zellen kleine Organellen, wie Chloroplasten und Mitochondrien, die ebenfalls ein eigenes Erbgut besitzen. Aber ist das Erbgut tatsächlich fest innerhalb einer Zelle gespeichert? Nein! Wie man heute weiß, kann das Erbgut von Zelle zu Zelle wandern und sogar zwischen verschiedenen Organismen ausgetauscht werden. Forscher des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie konnten mit Hilfe neuer Ansätze erstmals zeigen, wie das Erbgut auf Wanderschaft geht.

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