Die humane Minizelle

Ist es möglich, eine menschliche Zelle im Labor so zu ändern, dass eine Minizelle, eine Zelle mit einem kleineren Genom, daraus hervorgehen kann? Um diese Frage zu beantworten, beginnen wir mit einer menschlichen haploiden Zelllinie (1n), die im Vergleich zu einer diploiden Zelllinie (2n) bereits nur eine Kopie des Genoms aufweist. Wir werden mit der Krebszelllinie HAP1 arbeiten, die, wie oft bei Krebszellen, einen reduzierten und fragmentierten Chromosomensatz aufweist und daher über ein kleineres Genom verfügt. In diesem Projekt wollen wir das Genom noch kleiner machen. Wir werden dazu verschiedene Methoden aus der Biochemie und Molekularbiologie einsetzen, die Genomdeletionen erzeugen. Bestimmte Chemikalien und Arzneimittel führen beispielsweise zu einer Instabilität der Chromosomen und zu Verlusten von Teilen eines Chromosoms. Außerdem werden wir Nukleasen in den Zellen exprimieren, einschließlich Nukleasen der CRISPR/Cas-Methode, um Deletionen in den Chromosomen zu erzeugen. Nukleasen sind Enzyme, die DNA schneiden können. Bei der zelleigenen DNA Reparatur können dann in Folge Deletionen auftreten. In diesem Projekt setzen wir daher spezielle Chemikalien sowie moderne molekularbiologische Methoden ein, um die zelleigenen fehleranfälligen Reparaturmechanismen zu unserem Vorteil zu nutzen. Den Verlust an genetischem Material werden wir sichtbar und quantifizierbar machen, indem wir die DNA direkt mit fluoreszierenden Verbindungen einfärben. Mit der dazu passenden Technik, der Durchflusszytometrie (Fluorescence-activated cell sorting (FACS)), können wir die Minizellen sammeln. Diese werden sequenziert und ihr Genom wird analysiert, um herauszufinden was im Vergleich zu den Vorläuferzellen noch vom Genom vorhanden ist und was nicht. Dabei hoffen wir, grundlegende Konzepte zu verstehen, z.B. welche Teile des Chromosoms und welche Gene lebenswichtig und essenziell sind. Darüber hinaus werden es uns diese Minizellen ermöglichen den vermutlich reduzierten Stoffwechsel in Hinblick auf Redundanz und Komplexität zu untersuchen. Wir hoffen außerdem mit diesen Minizellen ein vereinfachtes System zur Untersuchung der zellulären Prozesse bereitstellen zu können. Die Ergebnisse können Auswirkungen auf unser derzeitiges Verständnis der Zellbiologie im Allgemeinen sowie auf die Krebsbiologie im Besonderen haben. Krebszellen haben oft verkürzte Chromosomen und es wäre interessant neue Wege zu finden, um genau deren Wachstum zu kontrollieren, dabei aber nicht die gesunden Zellen zu beeinflussen. Die Minizellen werden außerdem für die Systembiologie und die Biotechnologie von Interesse sein.