Jahresbericht 2003 - Leibniz Institute for Age Research

Arbeitsgruppe Diekmann
Replikation, weil sich der DNA-Kinetochor-Komplex eventuell direkt nach der Replikation
bildet. Wir beobachteten, dass Centromere zu jeder Zeit in der S-Phase repliziert werden
(mit einer Häufung in der zweiten Hälfte). Mittels FISH können wir jedes Centromer
spezifisch färben und bestimmen auf diese Weise, welches Centromer früh und welches
später repliziert wird.
HP1-Chromatinproteine sind konstitutiv mit centromerischem Heterochromatin assoziiert und
spielen dort eine strukturelle Rolle bei der Kinetochorfunktion. Um diese Funktion zu
analysieren, haben wir die Mobilität von HP1 in lebenden Zellen bestimmt.
Dazu wurden Fluoreszenz-Bleichtechniken (FRAP) und die Fluoreszenz-Correlations-
Spektroskopie (FCS) etabliert und die Dynamik und Mobilität von HP1-Proteinen im
centromerischen Heterochromatin bestimmt. Dabei zeigt sich, dass der grösste Teil der HP1-
Proteine im Zellkern sehr mobil ist und nur transient mit Chromatin interagiert. Im
centromerischen Heterochromatin hingegen existiert eine Population von sehr langsamen
oder immobilen HP1-Molekülen. Diese Befunde zeigen (und widerlegen bisherige
Literaturdaten), dass eine Subpopulation von HP1-Proteinen stabil in Komplexe an
pericentromerischer DNA eingebaut vorliegt und dass die Formation und Aufrechterhaltung
von konstitutivem Heterochromatin in menschlichen Zellen durch schnelle und langsame
HP1-Populationen bewerkstelligt wird (Schmiedeberg et al., Mol. Biol. Cell, 2004, im Druck).
Desweiteren konnten wir in dieser Arbeit demonstrieren, dass nur HP1-alpha, nicht aber
HP1-beta oder HP1-gamma, mit centromerischem Heterochromatin während der Mitose
assoziiert ist. Wir können also HP1-alpha eine isotyp-spezifische Funktion (Heterochromatin-
Aufrechterhaltung) während der Mitose zuweisen.
1.2. Kernkörperchen
Der Wirbeltierzellkern enthält verschiedene Kernkörperchen, die strukturell und funktionell
eng mit biochemischen Vorgängen im Kern assoziiert sind (Visions of the Cell Nucleus,
American Scientific Publishers, Diekmann & Hemmerich, eds., 2003, im Druck). Wir
untersuchen die Struktur, Funktion und Dynamik von „PML-bodies“ (PML =
promyelocytischen Leukämie). PML-bodies und ihre Hauptkomponente, das PML-Protein
spielen eine zentrale Rolle bei essentiellen zellulären Funktionen wie Apoptose,
Zellwachstumskontrolle, Tumorsuppression und Seneszenz; die genaue biochemische
Funktion von PML-bodies ist jedoch nicht bekannt. Zellbiologische Evidenzen deuten darauf
hin, daß PML-bodies möglicherweise nukleäre Kompartimente definieren, in deren
unmittelbarer Peripherie aktiver Chromatin-Metabolismus (RNA-Transkription, DNA-
Replikation, DNA-Reparatur, Telomerase-Aktivität) auf engem Raum lokalisiert stattfinden
kann.
Wir hatten im Vorfeld die räumliche Assoziation von PML-bodies mit den sogenannten
"Transkriptionsfabriken" im Zellkern menschlicher Zellen analysiert und dabei eine
Zellkyklus-abhängige Assoziation zwischen PML-NBs und Orten aktiver mRNA-Transkription
durch RNA-Polymerase II festgestellt (Kießlich et al., 2002). Nun untersuchen wir die
räumliche Assoziation zwischen PML-bodies, spezifischen Genloci und spezifischen RNA-
Transkripten. Diese Analysen sollen zeigen, ob PML-bodies als Orte spezifischer
Genexpression fungieren können. Erste Befunde deuten daraufhin.
Kernkörperchen sind zudem das Ziel von Autoantikörpern bei Patienten mit systemischrheumatischen
Autoimmunerkrankungen, wie der rheumatoiden Arthritis, dem systemischen
Lupus Erythematodes oder der Sklerodermie. Seit Mai 2003 untersuchen wir in einem
BMBF-geförderten Projekt des Medizin-Netzwerkes Rheuma die Autoantikörperantwort
gegen das nukleoläre Autoanitgen Topoisomerase I (Topo I, Zusammenarbeit mit Kent Søe,
Biochemie). Topo I ist ein Marker-Autoantigen bei der systemischen Sklerose. Durch
Analyse von Topo I-spezifischen T-Zellen aus Sklerodermie Patienten erhoffen wir uns
molekulare Einblicke in die Autoantikörpergenese.
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