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LMU-Forschende zeigen, wie die DNA-Struktur so organisiert wird, dass sie genau zum richtigen Zeitpunkt im Zellzyklus die Zellteilung ermöglicht.
Bevor sich eine Zelle teilen kann, muss sie ihre gesamte Erbinformation präzise verdoppeln. Allerdings liegt die DNA in der Zelle als DNA-Protein-Komplex vor, der Chromatin genannt wird. Dazu wird die DNA um einen Kern aus Histon-Proteinen zu sogenannten Nukleosomen gewickelt und dicht gepackt. Damit die Erbsubstanz zuverlässig kopiert werden kann, muss das Chromatin an bestimmten Stellen kurzzeitig neu organisiert werden und eine ganz bestimmte Architektur einnehmen. Ein Team um die Molekularbiologen Professor Axel Imhof und Professor Christoph Kurat am Biomedizinischen Centrum (BMC) hat nun entschlüsselt, wie die präzise Verpackung der DNA zu Beginn der Zellteilung gesteuert wird.
Bereits in früheren Untersuchungen konnte Kurat mit seinem Team zeigen, dass der sogenannte Ursprungserkennungskomplex (ORC) als Regulator der Chromatinstruktur eine zentrale Rolle spielt. Dieser Komplex koordiniert verschiedene molekulare „Umbauhelfer“, darunter den Chromatin-Remodeller INO80.
Diese Moleküle sorgen dafür, dass an den Startpunkten der DNA-Replikation – den sogenannten Origins – die richtige Struktur entsteht: Genau hier muss ein Stück DNA frei liegen und von regelmäßigen Nukleosomen-Anordnungen flankiert werden. Diese besondere Anordnung ist essenziell, denn nur wenn die DNA hier korrekt organisiert ist, kann die Zellmaschinerie mit dem Kopieren des Erbguts beginnen.
Phosphorylierung wirkt als molekularer Schalter
In ihrer aktuellen Studie untersuchten die Forschenden nun die entscheidende Frage, wie diese Chromatin-Organisation zeitlich mit dem Zellzyklus abgestimmt wird. Im Fokus stand dabei besonders das Enzym DDK (Dbf4-Dependent Kinase), das bisher vor allem dafür bekannt war, die zentrale Replikations-Maschinerie direkt zu aktivieren. Durch eine umfassende proteomische Analyse konnten die Forschenden nachweisen, dass der Chromatin-Remodeller INO80 ebenfalls ein zentrales Ziel von DDK ist. Das Enzym ist eine sogenannte Kinase, das bedeutet, es modifiziert seine Zielmoleküle chemisch, indem es Phosphatgruppen auf sie überträgt. Diese Phosphorylierung wirkt wie ein molekularer Schalter, da sie die interne Struktur von INO80 verändert und dessen Aktivität steigert.
Ohne diese Modifikation kann INO80 die Nukleosomen an den Replikationsursprüngen nicht präzise genug positionieren. So wird sichergestellt, dass INO80 genau zum richtigen Zeitpunkt „replikationskompetent“ wird. Zellen, denen diese Phosphorylierung fehlt, zeigen deutliche Verzögerungen beim Start der Replikation und reagieren extrem empfindlich auf Replikationsstress.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass Zellzyklus-Kinasen über ihre Aufgaben für die zentrale Replikationsmaschinerie hinaus auch die ‚Landschaft‘ vorbereiten, auf der diese Maschinen arbeiten“, erklären Imhof und Kurat. „Damit wird immer deutlicher, dass Nukleosomen nicht nur Replikationshindernisse sind, sondern entscheidend an der Steuerung wichtiger Prozesse beteiligt.“
Prof. Dr. Axel Imhof
Professor für Proteinanalytik
Biomedizinisches Centrum
imhof@lmu.de
https://www.molekularbiologie.abi.med.uni-muenchen.de/ueber_uns/imhof/index.html
Prof. Dr. Christoph Kurat
Professor für Genetik
Biomedizinisches Centrum
Christoph.kurat@bmc.med.lmu.de
https://kuratlab.squarespace.com/
P. Bansal et al.: Dbf4-Dependent Kinase Finetunes INO80 Function at Chromosome Replication Origins. Nature Communications 2026
https://www.nature.com/articles/s41467-026-70698-4
https://doi.org/10.1038/s41467-026-70698-4
Criteria of this press release:
Journalists
Biology
transregional, national
Research results
German
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