In der Zelle liegt die DNA nicht frei vor, sondern ist um einen Kern aus Histon-Proteinen zu sogenannten Nukleosomen gewickelt. Die Histone tragen zahlreiche chemische Modifikationen, die als molekulare Signale wirken und steuern, wie dicht die DNA gepackt ist und welche Gene aktiv sind. Während der Zellteilung muss dieser DNA-Histon-Komplex – das sogenannte Chromatin – zu kompakten, stäbchenförmigen Chromosomen verdichtet werden. Eine Schlüsselrolle spielen dabei die Histon-Modifikationen, die sich im Verlauf dieses Prozesses erheblich verändern und die Umwandlung des Chromatins steuern.
Ein internationales Forschungsteam um Professor Axel Imhof am Biomedizinischen Centrum der LMU und Professor William Earnshaw (Universität Edinburgh) hat nun diese Veränderungen während der Zellteilung mit bisher unerreichter Präzision analysiert. Dafür entwickelten die Forschenden einen innovativen Ansatz, mit dem sie Zellpopulationen synchron zur Teilung bringen konnten. Anschließend erfassten sie mittels moderner Massenspektrometrie präzise die Veränderungen der Histon-Modifikationen während der Zellteilung.
Drei verschiedene Phosphorylierungsprogramme
Die Ergebnisse zeigen, dass bestimmte chemische Veränderungen nicht zufällig auftreten, sondern einem klaren zeitlichen Ablauf folgen. Die Histon-Phosphorylierung, also das Anheften von Phosphatgruppen an Histone, folgt dabei drei unterschiedlichen Programmen: Zunächst tritt die H3S10-Phosphorylierung auf, die sich schnell über nahezu das gesamte Chromatin ausbreitet und dort fast vollständig anreichert. Anschließend folgt die H3T3-Phosphorylierung, die später einsetzt, nur vorübergehend vorhanden ist und vor allem in dicht gepackten, genarmen Bereichen des Genoms vorkommt. Die H3S28-Phosphorylierung schließlich hat wiederum ein eigenes zeitliches Muster.
Frühere Annahme widerlegt
Gleichzeitig widersprechen die Ergebnisse einer bislang weit verbreiteten Annahme: Lange galt die Entfernung bestimmter chemischer Gruppen von Histonen als entscheidender Schritt für die Verdichtung der DNA. In den nun untersuchten Zellen ließ sich ein solcher Effekt jedoch nicht beobachten. Stattdessen blieb das entsprechende Modifikationsniveau weitgehend konstant – ein deutlicher Hinweis darauf, dass frühere Befunde ein Artefakt der in früheren Studien verwendeten Versuchsbedingungen seien, so die Autoren.
„Unsere Arbeit liefert den bisher präzisesten und umfassendsten Überblick darüber, wie Histon-Modifikationen während der Mitose orchestriert werden“, sagt Imhof. „Viele Prozesse folgen einem exakten zeitlichen Muster – und gleichzeitig müssen wir einige bisherige Vorstellungen neu bewerten. Der Histon-Code während der Mitose ist überraschenderweise viel feiner abgestimmt als wir dachten.“
Ludwig-Maximilians-Universität München
Originalpublikation:
N.Y. Kochanova et al.: A time-resolved atlas of histone modifications during mitotic entry. Molecular Cell 2026, https://doi.org/10.1016/j.molcel.2026.03.038
