Genregulation: Umbau im Dickicht der Nukleosomen

Das Erbmolekül DNA liegt im Zellkern als dicht gepackter DNA-Protein-Komplex vor, der Chromatin genannt wird. Dazu wird die DNA um einen Kern aus Histon-Proteinen zu sogenannten Nukleosomen gewickelt und dicht gepackt. Die Struktur der Nukleosomen bestimmt, welche Gene zugänglich und aktiv sind und spielt daher eine wichtige Rolle für die Genregulation. Um auf Stoffwechselsignale, veränderte Umweltbedingungen oder Entwicklungsprozesse zu reagieren, müssen die Nukleosomen immer wieder mithilfe von Enzymen dynamisch modifiziert werden. Ein Team um Professor Johannes Stigler vom Genzentrum der LMU hat gemeinsam mit Felix Müller-Planitz (TU Dresden) nun untersucht, wie ein winziges Chromatin-Umbauenzym namens ISWI trotz der dichten Packung im Zellkern mobil bleibt und Nukleosomen effektiv umgestalten kann.

Dabei konnten die Forschenden zeigen, dass das Enzym nicht nur für seine enzymatische Aktivität ATP – die Energiewährung der Zelle – verbraucht, sondern auch, um durch den Zellkern zu navigieren und zu verhindern, dass das Chromatin zu steif wird. „Die Bewegung von ISWI durch den dicht mit Chromatin gepackten Raum wird durch ATP angerieben. Dabei dockt es immer abwechselnd mit verschiedenen Bindungsstellen an die Nukleosomen an. Wir vergleichen diese Bewegung mit der eines Affen, der von Ast zu Ast schwingt“, sagt Stigler. Die Entschlüsselung dieser Prozesse könnte nach Ansicht der Forschenden Aufschluss darüber geben, wie Defekte zu Krankheiten beitragen und möglicherweise neue Ansatzpunkte für Therapien eröffnen.

Petra Vizjak, Dieter Kamp, Nicola Hepp, Alessandro Scacchetti, Mariano Gonzalez Pisfil, Joseph Bartho, Mario Halic, Peter B. Becker, Michaela Smolle, Johannes Stigler, Felix Mueller-Planitz: ISWI catalyzes nucleosome sliding in condensed nucleosome arrays. Nature Structural & Molecular Biology 2024.