Embryonic stem cells do not have a globally disrupted higher-order chromatin fibre structure
Entgegen der vorherrschenden Hypothese, dass die Pluripotenz embryonaler Stammzellen auf einer global „offenen“ Chromatinarchitektur beruht, zeigt diese Studie, dass die höhergeordneten Chromatinfaserstrukturen in embryonalen Stammzellen denen in differenzierten Zellen weitgehend ähnlich sind, mit lediglich einer etwas stärker gestörten Konformation anstatt eines fundamental offenen Zustands.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
In jeder lebenden Zelle liegt eine riesige Bibliothek von Anweisungen, geschrieben in einem chemischen Code namens DNA. Um diese immense Länge des genetischen Materials in den mikroskopisch kleinen Raum eines Zellkerns unterzubringen, wird die DNA nicht lose gelassen; sie ist eng um Proteinspulen gewickelt und bildet eine komplexe Struktur, die oft mit Perlen an einer Schnur verglichen wird. Diese Verpackung wird als Chromatin bezeichnet. Wissenschaftler glaubten lange Zeit, dass die Art und Weise, wie dieses Chromatin angeordnet ist, als Hauptschalter für das Verhalten der Zelle fungiert. Insbesondere gab es die starke Theorie, dass embryonale Stammzellen – jene vielseitigen Zellen, die in jedes Gewebe des Körpers umgewandelt werden können – ihre DNA in einem permanent „offenen“ und lockeren Zustand halten. Diese Idee legte nahe, dass eine solche entspannte Struktur es der Zelle ermöglicht, ihre genetischen Anweisungen frei und schnell zu lesen, was die hohe Aktivität unterstützt, die notwendig ist, um ihre Fähigkeit zur Transformation in verschiedene Zelltypen aufrechtzuerhalten.
Ein Forscherteam setzte sich zum Ziel, diesen lang gehegten Glauben zu testen, indem es die physische Struktur des Chromatins in Maus-Embryonal-Stammzellen direkt untersuchte. Sie verglichen diese flexiblen Stammzellen mit ihren spezialisierteren Nachkommen und mit reifen Hautzellen, die eine feste, unveränderliche Rolle haben. Die Wissenschaftler untersuchten zunächst die grundlegenden Bestandteile des Chromatins in jedem Zelltyp und maßen das Verhältnis von Protein zu DNA sowie den Abstand zwischen den Proteinspulen. Sie fanden heraus, dass diese grundlegenden Komponenten über alle Zelltypen hinweg nahezu identisch waren, unabhängig davon, ob es sich um eine vielseitige Stammzelle oder eine feste Hautzelle handelte. Um tiefer zu graben, unterzogen sie die gereinigten Chromatinfasern einer Reihe physikalischer Tests und beobachteten, wie sie sich bewegten, wie sie auf Enzyme reagierten und wie schnell ihre Proteine die Plätze tauschten. Überraschenderweise zeigten diese biophysikalischen Messungen keinen signifikanten Unterschied in der Form oder Konformation der Chromatinfasern zwischen den Stammzellen und den differenzierten Zellen.
Um ein klareres Bild davon zu bekommen, wie das Chromatin aussieht, während es sich noch in der Zelle befindet, entwickelten die Forscher eine neue Methode namens SPOCC, welche analysiert, wie sich vernetztes Chromatin unter Schwerkrafteinfluss absetzt. Diese Technik ermöglichte es ihnen, die Gesamtstruktur der Fasern in ihrem natürlichen Kontext zu beobachten. Die Ergebnisse waren bemerkenswert: Die Stammzellen und die differenzierten Zellen wiesen sehr ähnliche höher geordnete Strukturen auf. Obwohl die Stammzellen eine etwas stärker gestörte Anordnung im Vergleich zu den Hautzellen zeigten, war der Unterschied geringfügig. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die bemerkenswerte Fähigkeit embryonaler Stammzellen, flexibel und aktiv zu bleiben, nicht durch eine grundlegend offene oder lockere Chromatinstruktur angetrieben wird. Stattdessen ist die physische Architektur des genetischen Materials in diesen vielseitigen Zellen derer spezialisierter, reifer Zellen viel ähnlicher, als bisher angenommen wurde.
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