Stäbchenzellen Nachttiere nutzen Stäbchenzellen als Mikrolinsen

Eine ungewöhnliche Organisation wandelt bei Nachttieren die Zellkerne von Stäbchenzellen in Licht leitende Mikrolinsen um, mit denen die Tiere nachts besser sehen können.

München - DNA-Abschnitte, deren genetische Information benötigt wird, sind weniger eng gepackt und besser zugänglich als Bereiche, die nicht abgelesen werden sollen. Das locker strukturierte Euchromatin befindet sich typischerweise in inneren Bereichen des Zellkerns. Ein erheblicher Teil des kompakten Heterochromatins mit den nicht benötigten DNA-Abschnitten liegt dagegen an der Peripherie des Zellkerns. „Diese Anordnung ist so universell, dass man von der konventionellen Architektur des Zellkerns sprechen kann“, sagt Boris Joffe vom Biozentrum der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München. „Umso überraschender ist die Erkenntnis, dass es doch prinzipielle Unterschiede bei der Anordnung gibt - und dass diese von der Lebensweise abhängen.“ Ein interdisziplinäres Team von Forschern der LMU, des Max-Planck-Instituts für Hirnforschung in Frankfurt und des Cavendish Laboratory in Cambridge konnte nun zeigen, dass sich in den Kernen der Stäbchenzellen nachtaktiver Säugetiere dicht gepacktes Heterochromatin im Inneren des Zellkerns befindet, während das weniger dicht gepackte Euchromatin mit den aktiven DNA-Bereichen an der Peripherie liegt.

Die Erklärung für die ungewöhnliche Organisation dieser Zellkerne liegt in der Biologie der Sinneswahrnehmung. Beim Menschen und bei allen anderen Wirbeltieren muss das Licht erst die Netzhaut, die Retina, durchdringen, um auf die lichtempfindlichen äußeren Teile der Fotorezeptoren zu stoßen. „Und damit stehen die nachtaktiven Tiere vor einem Dilemma: Sie brauchen besonders viele Stäbchen zur Detektion des schwachen Lichts - aber dadurch wird ihre Retina dicker und verliert mehr Licht durch Streuung, bevor dieses die Außensegmente der Fotorezeptoren erreicht“, erklärt Leo Peichl vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung.

Wegen seiner höheren Packungsdichte wirkt Heterochromatin stärker lichtbrechend als Euchromatin. Dieser Effekt kommt nicht zum Tragen, wenn das Heterochromatin in der Peripherie des Zellkerns liegt. Wenn es sich dagegen im Inneren des Zellkerns zusammenballt, wirkt das Heterochromatin wie eine winzige Sammellinse. Weil die Stäbchenkerne in Säulen angeordnet sind, kommen mehrere dieser Mikrolinsen übereinander zu liegen. Computersimulationen der Kollegen vom Cavendish Laboratory zeigten, dass das an sich wenig intensive Licht so fast ohne Streuverluste gebündelt und durch die Retina geleitet wird.

Originalveröffentlichung: Solovei, I. et al.: Nuclear architecture of rod photoreceptor cells adapts to vision in mammalian evolution; Cell 137: 356-368, 17. April 2009

(ID:298514)