Medizinische Physik 3: Medizinische Laserphysik [2004]

162 C. Cremer
8.3.4 Topologie der Chromosomenterritorien
Gibt es in den Chromosomenterritorien eine spezifische dreidimensionale Verteilung
von Genen, d.h. haben die Chromosomenterritorien eine Topologie auf
der Ebene spezifischer subchromosomaler DNA-Abschnitte?
Eine extreme Hypothese hierzu wäre, dass die Topologie der Chromosomenterritorien
bei gleichem Funktionsstatus einer ähnlich hohen Einschränkung
unterliegt wie bei vielen anderen biologischen Makromolekülen; d.h.
die räumliche Faltung zumindest von funktionell relevanten chromosomalen
Subregionen (Domänen) würde in ganz spezischer Weise erfolgen. Eine alternative,
extreme Hypothese wäre, dass sich die Abstände zwischen beliebigen
DNA-Abschnitten desselben Territoriums ähnlich wie bei langkettigen Polymeren
in fast beliebiger Weise verändern können.
Messungen der projizierten (lateralen) 2D-Abstände zwischen spezifisch
durch FISH markierten DNA-Sequenzen desselben Chromosomenterritoriums
in menschlichen Zellkernen waren kompatibel mit einem Random-Walk-
Modell (bei kleineren Abständen) bzw. mit einem Random-Walk-/Giant-
Loop-Modell (bei größeren Abständen [96, 104]). In diesem Fall nimmt die
räumliche Distanz zwischen zwei Genen auf dem Chromosom mit ihrem linearen
Abstand (in Basenpaaren) zwar zu, ist sonst aber innerhalb des Territoriums
außerordentlich variabel; von einer spezifischen, funktionell bedeutsamen
Topologie könnte hier kaum gesprochen werden.
Andere experimentelle Ergebnisse hingegen sprechen für einen weitergehenden
Grad von Ordnung:
1. Ein differentielles Painting von Armen von Chromosomenterritorien mit
Hilfe von chromosomarm-spezifischen DNA-Bibliotheken zeigte, dass die
Chromosomenarme weitgehend voneinander separiert bleiben und ihre
Überlappungszonen relativ gering sind [23]. Dieser Befund ist mit dem
Random-Walk-/Giant-Loop-Modell nicht vereinbar [69]. Beobachtungen
von kleinen chromosomalen Abschnitten auf dem langen (Xq) und kurzen
(Xp) Arm des X-Chromosoms in weiblichen, normalen Zellkernen nach
Painting zeigten eine weitgehende ” Kompaktheit“ dieser Abschnitte in
den Territorien [27, 35].
2. In einer Reihe von Fällen nach FISH-Markierung von Chromosomenterritorien
und zugehörigen Genen wurden diese bzw. ihre Transkripte konsistent
an der Oberfläche der Territorien beobachtet [23, 54, 107]. Eine
quantitative Analyse von menschlichen Zellkernen nach Painting von
Chromosom 8 und des c-myc-Protoonkogens, konfokaler 3D-Mikroskopie
und Voronoi-Tessellierung der Territorienoberfläche ergab eine Lokalisierung
auch des c-myc-Protoonkogens nahe an der Oberfläche der Territorien
[34].
3. Gleichzeitige Markierung von Chromosomenterritorien und Faktoren von
Splicing-Komplexen ergab eine hochsignifikante Häufung der Orte der
Splicing-Faktoren in der Peripherie der Territorien [107].