Kernmatrix
Vielzelligen Organismen sind durch differenzierte, d.h. spezialisierte Zellen gekennzeichnet, die ihrerseits über eine charakteristische Architektur verfügen, sowie über Wege, miteinander zu kommunizieren. Beide Komponenten - Aufbau und Wechselwirkung - werden entscheidend durch Protein-Netzwerke vermittelt, die über Kontaktstellen miteinander in Verbindung stehen. Von außen (Extrazellularraum) nach innen (Zellkern) sind dies
- die extrazelluläre Matrix, zumeist spezialisierte Kollagen-Geflechte, die von der eingebetteten Zelle selbst produziert und sekretiert werden,
- das Zytoskelett aus Mikrotubuli (Tubulin), Aktin Mikrofilamenten und Intermediärfilamenten (fünf Typen oder mehr),
- das Kernskelett, auch Kernmatrix genannt. Herausragende Komponenten sind hier die Lamine (Kernhülle und, wie man jetzt weiß, auch intern)
Damit sind kernhaltigen Zellen höherer Lebewesen (Eukaryonten)deutlich komplizierter aufgebaut als jene von Bakterien. Der grundlegende Unterschied ist die Kernmembran, die die DNA vom Cytoplasma separiert. Jedes der 46 Chromosomen einer menschlichen Zelle enthält zwischen 48 und 240 Millionen Basenpaaren das entspricht 1,6- 8,2 cm, insgesamt 2 m an DNA. Wie kann ein Faden dieser Länge in einem Kern mit 5-30 Mikrometer Durchmesser verschwinden? Das Geheimnis sind die Ordnungsprinzipien des Chromatins, eines Komplexes aus DNA, RNA und Proteinen, die zusammen eine gesetzmäßige Faltung in mehreren Stufen und damit ein vielfältiges epigenetisches ´tuning´ der Genexpression ermöglichen. Die unteren Ebenen beinhalten das 1974 entdeckte “Nucleosom”, ein Proteinkomplex um den die DNA in etwa zwei Windungen gewickelt ist. Die insgesamt 25 Millionen Nucleosomen einer Säugerzelle wiederum sind in Form von 30 000 Schlaufen-förmigen “Chromatindomänen” organisiert (Abbildung). Einem klassischen Modell zufolge wird diese Schlaufenorganisation durch Anheftung bestimmter DNA-Elemente, die S/MARs (´scaffold/matrix attachment´ Regionen) genannt werden, an das Proteinrückgrat des Zellkerns (die “Kernmatrix”; graue Felder) aufrechterhalten.
Neuere Untersuchungen weisen auf eine beträchtliche Dynamik dieses komplexen Gebildes hin, die von der Art und dem Differenzierungszustand der Zelle mitbestimmt wird.
Literatur
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