Wie schützen Telomere deine DNA?

Chromosomen enden nicht einfach in einem losen DNA-Faden. Ihre Enden sind von einer Schutzschicht aus Proteinen und sich wiederholenden DNA-Abschnitten bedeckt, die zusammen das Telomer bilden. Ohne diesen Schutz würde die Zelle die Chromosomenenden für beschädigte DNA halten und ein Notsignal aussenden. Dieses Signal aktiviert Proteine, die eigentlich DNA-Schäden reparieren sollen. An einem Chromosomenende wirkt das jedoch katastrophal: Sie würden Chromosomen miteinander verkleben.

Der Schlüsselkomplex, der genau das verhindert, heißt Shelterin. Dabei handelt es sich um eine Gruppe von Proteinen, die dauerhaft am Telomer sitzt und drei verschiedene Alarmsysteme gleichzeitig unterdrückt. Zugleich blockiert Shelterin drei Reparaturwege, die Chromosomenenden sonst miteinander verschmelzen lassen würden. Eine solche Fusion würde die Zelle bei der nächsten Teilung ins Chaos stürzen und die DNA destabilisieren.

Einer der am besten untersuchten Mechanismen betrifft die Blockade dieser Verklebung. Ein Protein aus dem Shelterin-Komplex besetzt einen bestimmten molekularen Andockpunkt am Chromosomenende so fest, dass das eigentlich klebende Protein schlicht nicht herankommt. Studien in Maus- und menschlichen Zellen zeigen, dass mehrere solcher unabhängiger Blockaden gleichzeitig existieren. Erst wenn zwei davon gleichzeitig ausfallen, verschmelzen Chromosomen tatsächlich miteinander.

Wenn dieses Schutzsystem aufgrund erblicher Defekte nicht richtig funktioniert, entstehen schwere Erkrankungen mit Merkmalen beschleunigten Alterns, sogenannte Telomeropathien. Je nachdem, welcher Teil des Systems betroffen ist, äußern sich diese Erkrankungen unterschiedlich.

Eine Besonderheit: Manche Proteine, die normalerweise DNA-Enden miteinander verknüpfen, finden sich auch auf Telomeren und helfen dort gerade beim Schutz. Dazu gibt es bisher vor allem Daten aus Zellkulturversuchen; wie dieser scheinbare Widerspruch im Detail funktioniert, bleibt offen. Er zeigt jedenfalls, dass das Telomersystem komplexer ist, als es auf den ersten Blick erscheint.