Photo by National Cancer Institute on Unsplash
Forskere ved NTNU har gjort et betydelig fremskritt i forståelsen av celledelingens mysterier. Ved hjelp av avansert mikroskopiteknologi har de avdekket hvordan DNA organiserer seg i den essensielle X-formen, en prosess som er avgjørende for korrekt fordeling av arvestoffet til dattercellene.
Når cellene dine skal dele seg, legger arvestoffet seg i en slags X-form. Hvorfor og hvordan?
Kai Sandvold Beckwith har lenge jobbet med et av mysteriene innenfor biologien.
Dette er et fundamentalt spørsmål som har stått ubesvart innenfor biologien i lang tid, sier Sandvold Beckwith, nå førsteamanuensis ved Institutt for bioingeniørfag ved NTNU.
Tilsynelatende er spørsmålet enkelt, men så er det ikke det likevel.
- Hvordan organiserer arvestoffet seg i den viktige X-formen når cellene skal dele seg?
Selv har Sandvold Beckwith holdt på helt siden han var postdoktor ved det Europeiske Molekylærbiologilaboratoriet (EMBL) i Tyskland.
Flere forskere har sett på saken, og nå er de oppsiktsvekkende funnene deres publisert i det prestisjetunge tidsskriftet Cell. Sandvold Beckwith er en av førsteforfatterne.
Men hva er nå egentlig dette for noe? La oss ta det grunnleggende først.
For mer informasjon om: Man over bord dukke
Det grunnleggende om celler, DNA og sånt
Cellene i kroppen din inneholder arvestoffet DNA. Disse DNA-trådene er det som gjør deg til deg, i hvert fall den biologiske delen.
Dette arvestoffet er fordelt på flere kromosomer. I menneskenes tilfelle er det 23 par DNA-tråder, i alt 46 kromosomer.
Som regel ligger DNA-trådene som løse nøster, tilsynelatende kaotisk. Men når cellene skal dele seg, og bli til to selvstendige datterceller, skjer det noe vi til nå ikke har greid å forklare.
Under celledelingen legger nemlig kromosomene seg i en kompakt X-form. Og det er gode grunner til at kromosomene legger seg sånn.
For mer informasjon om: Heartstart HS1
Hvorfor X er så viktig
– Den karakteristiske X-formen er helt nødvendig for å fordele arvestoffet til dattercellene, sier Sandvold Beckwith.
X-en er rett og slett en ideell form under celledelingen. Da er kromosomet nemlig inndelt i to såkalte kromatider som henger sammen i midten av X-en. Formen hindrer i stor grad skader under fordelingen av arvestoff mellom de to dattercellene, for eksempel ved at DNA blir hengende igjen når den siste forbindelsen mellom dattercellene skal brytes.
Men ikke noe av dette besvarer hvordan cellene faktisk organiserer de vanligvis løse DNA-trådene i denne formen. Det er dette smartingene i forskergruppen har funnet ut mer om.
For mer informasjon om: Mini Anne
Sånn blir arvestoffet til X-er
Ved hjelp av en avansert mikroskopiteknologi vi nylig utviklet, kunne vi se helt ned til nanoskala hvordan det kromosomale DNA-et bretter seg sammen når cellene deler seg, sier Sandvold Beckwith.
Dette har tidligere vært umulig fordi DNAet i kromosomene er så tett pakket sammen. Men bildene med den nye teknikken, sammen med datasimuleringer, ga forskerne et gjennombrudd.
Det førte oss til en ny modell for hvordan celler bretter kromosomene sine under celledelingen, sier Sandvold Beckwith.
Nøkkelen er et protein i kroppen som heter Condensin. Dette proteinet visste forskerne om allerede. Det finnes i flere varianter.
Modellen vår viser at cellene skaper et overlappende og krysskoblet nettverk av løkker i DNAet ved hjelp Condensin.
Varianten Condensin II er tilsynelatende spesielt viktig fordi den bidrar til å danne veldig lange løkker. Disse lange løkkene spenner over store deler av DNAet, og bidrar derfor sterkt til sammenbrettingen.
Fordeling av DNA-løkkene, og koblingene mellom dem, gjør at kromosomene til slutt danner den karakteristiske X- formen, i følge Sandvold Beckwith.
For mer informasjon om: Lille Anne
Viktig fremskritt
Arbeidet startet i samarbeid med doktorgradsstudent Andreas Brunner da de begge jobbet i forskningsgruppen til Jan Ellenberg ved EMBL i Heidelberg. Samarbeidet har fortsatt siden han ble førsteamanuensis ved NTNU for rundt et år siden.
Vi mener dette er et stort og viktig fremskritt i vår forståelse av celledelingen, et av de mest grunnleggende fenomenene i biologien, sier Sandvold Beckwith.
Forskerne har for øvrig fått satt opp de nye mikroskopiteknikkene på NTNU. Det skjer i samarbeid med Cellular & Molecular Imaging Core Facility (CMIC) ved Institutt for klinisk og molekylær medisin. De bruker nå dette til å undersøke andre egenskaper ved kromosomorganisering, for eksempel hvordan cellene endrer organiseringen av DNA for å kontrollere genuttrykk.
Referanse:
Kai Sandvold Beckwith, Andreas Brunner, Natalia Rosalia Morero, Ralf Jungmann, Jan Ellenberg. Nanoscale DNA tracing reveals the self-organization mechanism of mitotic chromosomes. Cell, 2025. doi:10.1016/j.cell.2025.02.028
