Molekulare Struktur eukaryotischer Chromosomen

Überblick

Die Chromosomentheorie der Vererbung besagt, daß die Chromosomen die Träger der Gene sind. Bedeutet das, daß sie lediglich eine Ansammlung kettenartig aneinandergefügter Gene sind, oder haben sie noch andere Aufgaben zu erfüllen?

Aus allen cytologischen Beobachtungen müssen wir schließen, daß Chromosomen übergeordnete Funktionen in der Zelle erfüllen müssen. Eine offensichtliche Aufgabe besteht darin, für die geregelte Verteilung der Gene in Mitose und Meiose zu sorgen. Hierfür besitzen sie besondere chromosomale Domänen, die Centromerenbereiche. Auch bei der DNA-Replikation haben sie eine wichtige Aufgabe zu erfüllen. Sie müssen dafür sorgen, daß Gene in terminalen Positionen unbeeinträchtigt erhalten bleiben. Der normale Replikationsmechanismus linearer DNA-Moleküle führt nämlich in jedem Replikationszyklus zu einer Verkürzung der DNA-Doppelhelix an den Enden. Diesem Problem wird von den Chromosomen durch die Entwicklung besonderer terminaler Domänen, der Telomeren, entgegengewirkt.

Weitere Eigenschaften der Chromosomen schließen die der zeitweiligen oder permanenten Inaktivierung einzelner Chromosomen oder die Bindung von Proteinen während bestimmter Phasen des Zellzyklus ein. Chromosomen sind also dynamische Strukturen, die strukturell und funktionell eng mit dem Stoffwechsel der Zelle verbunden sind.

Trotz dieser allgemeinen Bedeutung der Chromosomen ist über ihre Feinstruktur wenig bekannt. Wie ist ein mehrere Zentimeter langes DNA-Molekül in einem nur wenige Mikrometer großen Zellkern untergebracht? Wir wissen, daß die chromosomale DNA in einer ersten Verpackungsstufe in der Form von kompakten Nukleosomen organisiert wird. Sie windet sich hierzu zweimal um einen Komplex aus Histon-proteinen. Eine Kette derartiger DNA-Histon-partikel formt eine Chromatinfibrille von 10 nm Durchmesser. Diese Fibrille wird jedoch zusätzlich in Fibrillen höherer Ordnung organisiert, über deren Struktur wir im Einzelnen nur wenig wissen.