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Dr. Stephan Gruber
Dr. Stephan Gruber

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Wie werden Chromosomen im Innersten zusammengehalten?

Forschungsgruppe „Chromosomale Organisation und Dynamik" (Stephan Gruber)

Auf den Chromosomen liegt die große Fülle an genetischen Informationen - kodiert in der Basensequenz der DNA. Könnte man die menschlichen DNA-Moleküle entwirren und nebeneinander legen, würde ihre Länge die Ausmaße der Zelle um einige Größenordnungen überschreiten – etwa um drei in Bakterien und um fünf in humanen Zellen. Um die beiden Kopien des genetischen Materials präzise auf die beiden Tochterzellen zu verteilen, muss die DNA deshalb während der Zellteilung stark komprimiert und eng gepackt in Form von Chromosomen vorliegen. Werden die Chromosomen bei der Teilung nicht korrekt getrennt, können schwere Geburtsdefekte oder Krebs entstehen. Stephan Gruber und seine Forschungsgruppe „Chromosomale Organisation und Dynamik“ möchten entschlüsseln, wie genau die DNA in den Chromosomen organisiert ist und wie die Chromosomen gleichmäßig auf die Tochterzellen verteilt werden. Ein Forschungsschwerpunkt der Gruppe liegt auf den „Structural Maintenance of Chromosomes“ (SMC) Proteinkomplexen, die auch als Condensin bezeichnet werden. Condensin spielt bei der Dynamik der Chromosomen eine entscheidende Rolle und erfüllt in Bakterien und Menschen ähnliche Funktionen. Das Team um Stephan Gruber verwendet das Bakterium Bacillus subtilis als Modellorganismus, da es einfach aufgebaut und leicht genetisch modifizierbar ist. Es ermöglicht so, die Struktur des Condensin-Komplexes und seine Rolle bei der Verpackung der Chromosomen effektiv zu erforschen. In Bakterien besteht Condensin aus drei Proteinen. Sie bilden zusammen eine große ringförmige Struktur, die wahrscheinlich DNA-Schleifen miteinander verbindet, um die Chromosomen in eine kompaktere Struktur zu bringen. Die Abbildung zeigt ein hypothetisches atomares Modell des zentralen Bereichs des Condensins, das aus drei unterschiedlichen Röntgenkristallstrukturen berechnet wurde. Die Schlüsselproteine bei der Chromosomentrennung spielen bereits eine wichtige Rolle als Angriffsziele für Antibiotika. Ein besseres Verständnis der molekularen Mechanismen könnte deshalb dazu beitragen, die Suche nach neuen Angriffspunkten für Medikamente gegen bakterielle Erreger zu erleichtern.

 
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