Medizinische Physik 3: Medizinische Laserphysik [2004]

160 C. Cremer
Inaktivierungsmechanismus. Mit DNA-Farbstoffen wie z.B. DAPI oder im
Phasenkontrast an ungefärbten Zellen ist nur das inaktive Xi sichtbar. Dies
wurde allgemein so interpretiert, dass das Xi sehr viel stärker kondensiert
ist (bis zu einem Faktor 5- bis 10-mal) als das Xa; dieses sollte demnach ein
sehr viel größeres Gesamtvolumen besitzen als das Xi. Chromosomenpainting
in Verbindung mit dreidimensionaler Mikroskopie und Bildverarbeitung
machten erstmals eine experimentelle, quantitative Überprüfung dieser Annahme
möglich.
Chromosomenspezifische DNA-Bibliotheken des menschlichen X-Chromosoms,
konfokale Fluoreszenzmikroskopie und 3D-Bildverarbeitung wurden
dazu verwendet, Volumen, Oberfläche und Rundheit des aktiven und des inaktiven
X-Chromosoms in weiblichen menschlichen Zellen quantitativ zu bestimmen.
Zunächst wurden von jedem untersuchten Zellkern optische Schnitte
registriert; anschließend wurden diese mit dreidimensionalen Bildanalyseverfahren
analysiert. Erste, interaktive Volumenbestimmungen mit Hilfe des
Cavalieri-Estimators [3] ergaben überraschenderweise, dass die beiden X-
Territorien, von wenigen Ausnahmen abgesehen, ein ähnliches mittleres Volumen
hatten (innerhalb eines Faktors von ca. 1,5). Dieses schien mit der
üblichen Vorstellung eines sehr starken Unterschieds im mittleren Kondensationsgrad
schwer vereinbar zu sein. Eine denkbare Fehlerquelle bestand in
der interaktiven Schwellwertfestsetzung. Um dies auszuschließen, wurde in
weiteren Analysen der Schwellwert automatisch im gesamten infrage kommenden
Bereich variiert; für jeden Kern wurden die Mittelwerte der Territorienvolumina
bestimmt. Auch bei diesem Verfahren ergab sich nur ein
geringer Unterschied der beiden mittleren Volumina [79].
In neueren Untersuchungen (P. Edelmann, B. Rinke, S. Dietzel, T. Cremer,
C. Cremer, unveröffentlichte Ergebnisse) an einer Serie von menschlichen
Zellkernen mit einer individuellen Identifizierung von Xi durch DAPI-Färbung
ergab das automatische Cavalieri-Verfahren, dass im Mittel das Volumen
von Xa um den Faktor 1,2 größer war als das Xi (Unterschied nicht signifikant);
die gesamte segmentierte mittlere Oberfläche von Xa war hingegen
um einen Faktor von ca. 1,4 größer, und die Rundheit (proportional zu
Volumen 2 /Oberfläche 3 ) von Xi war ca. doppelt so groß wie diejenige von Xa
(Unterschiede hochsignifikant).
Eine konsequente Interpretation dieser Ergebnisse besteht in der Annahme,
dass die Territorien von Xi und Xa in den untersuchten, proliferationsaktiven
Zellen ein ähnliches Volumen hatten, während die Oberfläche
von Xa beträchtlich größer war als diejenige von Xi; die Rundheit von Xa
ist daher wesentlich geringer: dies bedeutet, dass aktives und inaktives X-
ChromosomsichinOberfläche und Rundheit, nicht aber (oder nur wenig) in
ihrem Gesamtvolumen unterschieden.
Eine alternative, wenn auch bei den verwendeten Markierungsbedingungen
wenig wahrscheinliche Interpretationsmöglichkeit der Cavalieri-Daten wäre
eine starke unterschiedliche Heterogenität der Farbstoffverteilung bei Xi