Medizinische Physik 3: Medizinische Laserphysik [2004]

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müssen. Weiterhin müssen die primären, bis zu hunderten von Kilobasen
umfassenden RNA-Transkriptionsprodukte weiteren spezifischen Modifikationen
(dem Splicing) unterworfen und anschließend (vermutlich an spezifischen
Stellen, den Kernporen) aus dem Zellkern hinausgeschleust werden.
Schließlich müssen diese Probleme so gelöst werden, dass ein rascher Übergang
der Zelle von der stoffwechselaktiven Interphase zur Mitose und umgekehrt
stattfinden kann. Diese grundlegenden Bedingungen lassen eine geordnete
dreidimensionale (3D) Genomorganisation vermuten, eine Architektur“ des
”
Zellkerns, die sich im Laufe der Evolution als optimale Lösung des Struktur-
Funktions-Problems entwickelt hat.
Aus einer funktionellen Bedeutung der 3D-Genomorganisation ergibt sich
als Konsequenz ihre Relevanz auch für pathologische Prozesse. Im Folgenden
seien einige Beispiele genannt:
1. Die Schädigung der DNA durch ionisierende Strahlung oder andere Agentien,
resultierend z.B. in DNA Doppelstrangbrüchen (DSB), führt je nach
der Lokalisation im Genom in unterschiedlicher Häufigkeit zu sichtbaren
Veränderungen (Aberrationen) an den Chromosomen (hot und cold spots).
Es wird vermutet, dass dabei die jeweilige Sequenz der DNA sowie die
Struktur und der Regulationszustand des Chromatins (Gesamtheit der
chromosomalen DNA-/Proteinkomplexe) des Zellkerns von Bedeutung
sind. Ebenso sind die zahlreichen Prozesse, durch die die Schäden repariert
werden, abhängig von DNA Sequenz und Chromatinstruktur. So
ist es z.B. wahrscheinlich, dass ionisierende Strahlung nur dann zu der
mit einer chronisch myeloischen Leukämie (Ph + ) funktionell korrelierten
Chromosomentranslokation führt, wenn die 3D-Struktur der beteiligten
Regionen auf Chromosom 9 und 22 die für die Bildung einer Translokation
erforderliche gleichzeitige Bindung der Bruchpunktstellen an demselben
Reparaturkomplex zulässt.
2. Völlig unbekannt sind die Mechanismen, die der Entstehung größerer
Rearrangierungen im Genom zu Grunde liegen. Dies betrifft auch die
Gesetzmäßigkeiten, nach denen die Integration von Fremd-DNA ins Genom
erfolgt, z.B. von viraler DNA, oder von DNA-Sequenzen bei Genetargeting-Ansätzen.
Inwieweit hier eine aufgrund molekularbiologischer
Daten vermutete regellose“ Integration in das Wirtsgenom von den Rand-
”
bedingungen der dreidimensionalen Chromatinstruktur abhängt, wurde
bislang nicht untersucht. Derartige 3D-Randbedingungen könnten jedoch
eine essentielle Bedeutung haben für die Regulation von Transkription,
Replikation und Reparatur der integrierten Abschnitte und damit eine
erhebliche biomedizinische Relevanz besitzen.
Die dreidimensionale Mikroskopie, insbesondere die konfokale Laserscanningfluoreszenzmikroskopie
(CLSFM), hat in Verbindung mit molekularbiologischen
und immunhistochemischen Markierungsverfahren völlig neue Möglichkeiten
für die Untersuchung der präzisen räumlichen Organisation des
Genoms eröffnet.