Medizinische Physik 3: Medizinische Laserphysik [2004]

8 Konfokale Mikroskopie in der Genomforschung 159
soms als Ganzes nicht einfach die eines flexiblen Polymers sein. Bei Anwendung
des Random-Walk-/Giant-Loop-Modells [84,104] hingegegen folgt eine
mittlere Ausdehung eines Chromosomenterritoriums in menschlichen Zellen
von einigen µm; dies ist in sehr viel besserer Übereinstimmung mit den experimentellen
Beobachtungen.
Für die Territorien von #7 und #X beispielsweise ergaben sich als absolute
Schätzungen für das einhüllende Volumen nach Chromosomenpainting,
konfokaler Fluoreszenzmikroskopie und 3D-Bildverarbeitung Werte um 20–
30 µm 3 [3, 33, 35, 79]. Dies ist um ein Vielfaches weniger, als in einem auf
der Grundlage des ” Random-Walk“-Modells computersimulierten“extended
model”(G.Kreth,C.Muenkel,J.Langowski,C.Cremer,unveröff. Ergebnisse)
zu erwarten gewesen wäre.
8.3.2 Exklusivität der Chromosomenterritorien
Die räumliche Exklusivität der Chromosomenterritorien bedeutet, dass sich
verschiedene benachbarte Chromosomenterritorien nicht gegenseitig durchdringen;
ihre möglicherweise existierenden Überlappungszonen werden als
gering im Vergleich zu den Gesamtvolumina der Territorien angenommen.
Eine derartige Hypothese wurde bereits vor zwei Jahrzehnten der Interpretation
strahlenbiologischer Resultate zu Grunde gelegt [85]; ein direkter Beweis
jedoch war damals nicht möglich.
Für erste direkte Untersuchungen zur Exklusivität von Chromosomenterritorien
in menschlichen Zellen wurden konfokale Aufnahmen von weiblichen
Zellkernen nach Painting der Territorien von #X und #7 gemacht. In Zellkernen,
in denen Territorien von #X und #7 möglichst nahe benachbart
waren, wurden mit Hilfe des Voronoi-Tessellierungsverfahrens die einhüllenden
Volumina von #X und #7 bestimmt und ihre Überlappungszonen ermittelt.
Die Ergebnisse zeigten eine nur geringe Überlappung der einhüllenden
Volumina der benachbarten Territorien [27, 35]. Inwieweit die registrierten,
kleinen Überlappungszonen wirklich existieren und inwieweit sie ein optisches
und bildanalytisches ” Artefakt“ (z.B. aufgrund der limitierten optischen
Auflösung oder aufgrund von Segmentierungsproblemen) darstellen, bedarf
noch näherer Untersuchung. In jedem Fall sprechen die experimentellen Resultate
für einen hohen Grad von räumlicher Exklusivität von Chromosomenterritorien
in normalen menschlichen Zellen.
8.3.3 Morphologie von Chromosomenterritorien
Für Untersuchungen zur Gestalt von Chromosomenterritorien und ihre möglicherweise
bestehende Korrelation mit der funktionellen Organisation des
Zellkerns bieten sich die X-Chromosomen in Säugerzellen an: In weiblichen
somatischen Zellkernen ist eines von diesen (Xa) genetisch voll aktiv; das
zweite X-Chromosom (Xi) im selben Zellkern ist hingegen genetisch weitgehend
inaktiv, d.h. nur wenige Gene entgehen der Abschaltung durch einen