Suchen

Weibliches X-Chromosom Wie ein weibliches X-Chromosom inaktiviert wird

| Autor / Redakteur: Fabio Bergamin* / Dr. Ilka Ottleben

Bei weiblichen Säugetieren ist eines der beiden X-Chromosomen inaktiviert. Genetiker der ETH Zürich liefern nun dank Untersuchungen anhand von speziellen Stammzellen einer Maus einen detaillierteren Einblick in den molekularen Mechanismus dieses Abschaltvorgangs.

Firmen zum Thema

Chromosomen einer Mauszelle. Rot ist Xist-RNA auf einem inaktivierten X-Chromosom sichtbar (mikroskopische Aufnahme).
Chromosomen einer Mauszelle. Rot ist Xist-RNA auf einem inaktivierten X-Chromosom sichtbar (mikroskopische Aufnahme).
(Bild: Ng K et al. EMBO Reports 2007, 8: 34)

Zürich/Schweiz – Chromosomen unterscheiden Frauen von Männern. Während sich in Körperzellen von Frauen zwei X-Chromosomen befinden, tragen Männer nur eines davon. Wären bei Frauen beide Chromosomen und alle sich darauf befindlichen Gene aktiv, hätten Frauen von den daraus hergestellten Proteinen doppelt so viele Kopien als Männer – ein Ungleichgewicht, das die fein ausbalancierte Biochemie des menschlichen Körpers aus dem Lot bringen würde.

Dass es nicht so weit kommt, dafür sorgt die Natur: Bei Frauen wird noch während ihrer frühen Entwicklung im Mutterleib eines der beiden X-Chromosomen komplett und für immer inaktiviert. Der dahinterliegende Mechanismus ist noch nicht im Detail entschlüsselt. Aus Untersuchungen bei Mäusen ist jedoch klar, dass ein Ribonukleinsäure (RNA)-Molekül namens Xist dabei eine zentrale Rolle spielt. Mehrere hundert Kopien dieses Moleküls heften sich an eines der beiden X-Chromosomen. Wissenschaftler vermuten, dass diese RNA-Moleküle andere Moleküle anlocken, die das Chromosom letztlich inaktivieren. Einige dieser Inaktivierungs-Moleküle haben Forschende unter der Leitung von Anton Wutz, Professor für Genetik an der ETH Zürich, nun entdeckt.

Bildergalerie

Inaktivierung des weiblichen X-Chromosoms – sieben zentrale Gene eruiert

Die Wissenschaftler benutzten dazu Maus-Stammzellen, die zwei Besonderheiten aufwiesen. Einerseits hatten diese wie unbefruchtete Eizellen (und anders als Körperzellen) jedes Chromosom nur einmal. Andererseits waren diese Zellen so verändert, dass die Wissenschaftler sie dazu bringen konnten, die Xist-RNA permanent herzustellen. Dies führte zur Inaktivierung des einzigen X-Chromosoms und zum Absterben der Zellen, weil die darauf liegenden, überlebenswichtigen Gene in der Folge nicht mehr abgelesen wurden.

In einem großangelegten Screening-Experiment ermittelten die Wissenschaftler mithilfe dieser Stammzellen wichtige Gene für die X-Inaktivierung. Man kann sich das Experiment als „Rettungsaktion“ für die „zum Sterben verurteilten“ Stammzellen vorstellen. Konkret beschädigten die Forschenden mithilfe eines Virus im Erbgut vieler der Stammzellen zufällig einzelne Gene. Wurde dadurch ein Gen zerstört, welches zusammen mit der Xist-RNA für die Inaktivierung des X-Chromosoms nötig ist, dann wurde das Chromosom nicht inaktiviert. Folglich überlebten die entsprechenden Zellen.

Den Wissenschaftlern gelang es auf diese Weise, überlebende Stammzellen zu isolieren und sieben Gene zu eruieren, welche für die X-Inaktivierung zentral sind. Eines davon trägt den Namen Spen. Von ihm war bekannt, dass das daraus hervorgehende Protein an RNA binden und grundsätzlich das Ablesen von Genen hemmen kann. In weiteren Untersuchungen konnten die ETH-Forschenden nun zeigen: Fehlt in Mäusezellen Spen, reichern sich Proteine, die die Chromosom-Struktur verändern, weniger effizient am X-Chromosom an. Wie genau dieser Mechanismus funktioniere und in welcher Weise die weiteren nun gefundenen Gene daran beteiligt seien, das müsse erst noch eingehend erforscht werden, sagt ETH-Professor Wutz.

(ID:43545765)