Awakening the genome

Fertilization of an egg by sperm is the beginning of new life. The maternal and paternal genetic information, that collectively store the body plan of the living being, are combined after fertilization. However, the DNA is still in an inactive state in the cell nucleus at this early stage of life. While the first division of the fertilized egg cell functions with the help of maternal factors stored in the egg, for further development of an embryo the synthesis of new embryonic products is necessary, which requires access to the DNA of the embryo. As shown in Science, Kikuë Tachibana and her team at the MPI of Biochemistry have now shown that pioneer factor Nr5a2 awakens the embryonic DNA.

Quelle: IDW Informationsdienst Wissenschaft

Das Erwecken des Genoms

Die Befruchtung einer Eizelle durch ein Spermium ist der Beginn neuen Lebens. Die mütterliche und väterliche Erbinformation, die DNA, wird neu kombiniert und speichert den Aufbau des Lebewesens. Sie liegt nach der Befruchtung noch inaktiv im Zellkern vor. Während die erste Teilung der befruchteten Eizelle noch mit Hilfe der in der Eizelle eingelagerten mütterlichen Faktoren funktioniert, ist für die weitere Entwicklung eines Embryos die Synthese neuer embryonaler Produkte notwendig, was den Zugang zur DNA des Embryos erfordert. Kikuë Tachibana und ihr Team am MPI für Biochemie haben nun gezeigt, dass der Pionierfaktor Nr5a2 die embryonale DNA aufweckt. Die Studie wurde in Science publiziert.

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Verified after two decades: the fourth anaconda species

Two decades after having described a new Anaconda species based on morphological characteristics, a team guided by the former Georgian Humboldt fellow at the LIB Museum Koenig Bonn, David Tarknishvili, meanwhile professor and Institute Director at Ilia State University in Tbilissi, succeeded in extracting DNA from some old, so far unevaluated, still existing tissue samples and to substantiate and verify the specific status of the new species also genetically. Also, the former staff member of the Museum Koenig, Dr. Axel Hille, and the museum’s senior herpetologist Prof. Wolfgang Böhme were part of the team, the latter was also the doctoral supervisor of the two above-mentioned PhD students.

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Der Faden zur Nadel: Wie unsere Vorfahren die heimische Flora nutzten

DNA aus Sedimenten gibt Auskunft über den Gebrauch von Pflanzen durch Menschen der Altsteinzeit. Unter der Leitung der Universität Oslo hat ein internationales Forschungsteam aus den Sedimenten der armenischen „Aghitu-3“-Höhle Pflanzen-DNA extrahiert und analysiert. Die Höhle wurde vor etwa 40.000 bis 25.000 Jahren von Menschen des Jungpaläolithikums als Unterschlupf genutzt. Eine detaillierte Auswertung der DNA zeigt, dass die Bewohner*innen der Höhle zahlreiche Pflanzenarten zu verschiedenen Zwecken genutzt haben könnten, unter anderem als Medizin, Farbstoff oder Garn.

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How genes share their workspace

Layers of gene control allow DNA to flexibly add new information. Genes and their genetic switches are organized into functional units to turn genes on or off just as needed. Disrupting these units can lead to disease, but a new study makes clear that they are more robust and flexible than previously thought. An international team of researchers found that a gene may still function even when new DNA segments get inserted in the same genomic organizational unit.

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“Kipferl”: Guiding the defense against jumping genes

A large part of our DNA is made up of selfish DNA elements, some of which can jump from one site in the genome to another, potentially damaging it. Researchers from the Institute of Molecular Biotechnology of the Austrian Academy of Sciences (IMBA) describe how different types of repetitive DNA elements are controlled by the same silencing mechanism in fruit fly ovaries. Central to their findings is an uncharacterized protein that the researchers named “Kipferl”. The findings suggest that different selfish elements compete for the host genome defense system and that Kipferl might be the first of a series of similarly acting molecules yet to be uncovered. The findings are published in eLife.

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More than microscopes can show

Computer simulations visualize how an essential stem cell protein opens wrapped DNA

A key protein for converting adult stem cells into cells that resemble embryonic stem cells has been visualized in unprecedented detail by an international team of researchers around Hans Schöler and Vlad Cojocaru of the Max Planck Institute for Molecular Biomedicine in Münster. By combing experiments and computer simulations, the team visualized how the Oct4 protein binds and opens short pieces of DNA while wrapped around nuclear storage proteins (histones), just like in our genome. The results were published in the journal Nucleic Acids Research on September 22.

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Moss repair team also works in humans

If everything is to run smoothly in living cells, the genetic information must be correct. But unfortunately, errors in the DNA accumulate over time due to mutations. Land plants have developed a peculiar correction mode: they do not directly improve the errors in the genome, but rather elaborately in each individual transcript. Researchers at the University of Bonn have transplanted this correction machinery from the moss Physcomitrium patens into human cells. Surprisingly, the corrector started working there too, but according to its own rules. The results have now been published in the journal „Nucleic Acids Research“.

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Reparaturtrupp im Moos funktioniert auch im Menschen

Wenn in lebenden Zellen alles rund laufen soll, dann müssen die Erbinformationen stimmen. Doch leider häufen sich im Laufe der Zeit durch Mutationen Fehler in der DNA an. Landpflanzen haben einen eigenartigen Korrekturmodus entwickelt: Sie verbessern nicht direkt die Fehler im Erbgut, sondern aufwändig in jeder einzelnen Abschrift. Forschende der Universität Bonn haben diese Korrekturmaschine aus dem Laubmoos Physcomitrium patens in menschliche Zellen verpflanzt. Überraschenderweise nahm der Korrektor auch dort die Arbeit auf, aber nach eigenen Regeln. Die Ergebnisse sind nun im Journal “Nucleic Acids Research” veröffentlicht.

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Forschungsteam entschlüsselt molekularen Motor

Molekulare Motoren sind komplexe Mikromaschinen, die in biologischen Zellen zahlreiche mechanische Aktionen ausführen. Um die Arbeitsweise dieser Winzlinge zu verstehen, muss man ihre genaue Struktur erkunden. Ein Forschungsteam um Thomas C. Marlovits vom Zentrum für Strukturelle Systembiologie (CSSB) bei DESY hat nun die Architektur, den kompletten Funktionszyklus und den Wirkmechanismus eines solchen molekularen Motors aufgeklärt. Das Team berichtet im Fachblatt „Nature“, wie der sogenannte RuvAB Branch Migration Complex chemische Energie in mechanische Arbeit umwandelt, um die Rekombination und Reparatur des Erbgutstrangs der DNA durchzuführen.

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Sperm are masters of tetris packing

During sperm production, an enormous amount of DNA has to be packed into a very small space without breaking anything. A central role is played by certain proteins around which the DNA thread is wrapped – the protamines. A recent study by the University of Bonn provides new insights into this important mechanism. The results have been published in the journal PLoS Genetics.

Quelle: IDW Informationsdienst Wissenschaft

Spermien sind Meister des platzsparenden Packens

Bei der Spermienproduktion muss eine gewaltige Menge DNA auf engstem Raum verpackt werden, ohne dass dabei etwas kaputt geht. Eine zentrale Rolle spielen dabei bestimmte Proteine, um die sich der DNA-Faden wickelt – die Protamine. Eine aktuelle Studie der Universität Bonn liefert nun neue Erkenntnisse zu diesem wichtigen Mechanismus. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift PLoS Genetics erschienen.

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DNA-Austausch zwischen Zellen: Welche Rolle spielen Exosomen in der Entwicklung von Krebs?

Fast alle Zelltypen sondern Exosomen ab: kleine extrazelluläre Vesikel, die mit Proteinen, RNA und DNA beladen sind. Auf diese Weise können Zellen untereinander kommunizieren und stimmen viele Prozesse ab, wie beispielsweise Zellteilungen. In der Nähe von Tumoren werden solche Exosomen verstärkt abgesondert. „Die darin enthaltenen Biomoleküle verändern die Umgebung von Tumoren und können damit den Verlauf einer Krebserkrankung entscheidend beeinflussen“, so PD Dr. Basant Kumar Thakur von der Kinderklinik III des Universitätsklinikums Essen und Wissenschaftler der Medizinischen Fakultät der Universität Duisburg-Essen.

Quelle: IDW Informationsdienst Wissenschaft

Precise blood diagnostics improve treatment outcome in non-small cell lung cancer patients

Non-small cell lung carcinoma is a particularly aggressive type of lung cancer. Tumor cells and tumor DNA (ctDNA) in the blood of patients with the disease can be analyzed by means of liquid biopsy throughout the course of the disease. This information is important in order to be able to target the constantly changing tumor. A study from the University of Bayreuth is the first to show that liquid biopsy significantly improves treatment outcomes in many cases and can be cost-effective in the German care system. The scientists present their research results in the Journal of Cancer Research and Clinical Oncology.

Quelle: IDW Informationsdienst Wissenschaft

Wie DNA für die Zellteilung verpackt wird

Im Journal „Science“ präsentieren Forschungsgruppen aus Heidelberg und Würzburg das Innenleben der molekularen Maschinerie, die vor der Zellteilung die DNA zu Chromosomen formt.

Quelle: IDW Informationsdienst Wissenschaft

MCM molecules impede the formation of DNA loops

The entire genomic material of a cell must be packed into a tiny cell nucleus in such a way, that on the one hand, it can be stored in an organized manner and, on the other hand, it can be transcribed, duplicated or repaired as needed. Different proteins are responsible for space-saving packaging, which can roll up or loop the DNA. Scientists Kikuë Tachibana and Karl Duderstadt from the Max Planck Institute of Biochemistry in Martinsried are investigating the exact task and function of these molecular machines. They discovered that the MCM complex plays an important role in restricting DNA loop formation and thus in the three-dimensional structure of the genome and in gene regulation.

Quelle: IDW Informationsdienst Wissenschaft

MCM-Moleküle begrenzen die Bildung von DNA-Schleifen

Das genomische Material einer Zelle muss so in einen winzigen Zellkern verpackt werden, dass es einerseits geordnet ist und andererseits nach Bedarf abgelesen, verdoppelt oder repariert werden kann. Für eine platzsparende Verpackung sind Proteine verantwortlich, die die DNA aufrollen oder auch in Schleifen legen können. Die Wissenschaftler Kikuë Tachibana und Karl Duderstadt des Max-Planck-Instituts für Biochemie in Martinsried erforschen die Aufgabe und Funktionsweise dieser molekularen Maschinen. Wie sie herausfinden konnten, spielt der MCM-Komplex eine wichtige Rolle bei der Begrenzung der Schleifenbildung und somit auch bei der dreidimensionalen Struktur des Genoms und der Genregulation.

Quelle: IDW Informationsdienst Wissenschaft

Gene deletion behind anomaly in blood cancer cells

Although clinical labs have known for almost a century that a oddly shaped nucleus resembling pince-nez glasses in blood cells could indicate leukemia, the cause of this anomaly remained unknown. Scientists have now discovered that loss of nuclear Lamin B1 induces defects in the nuclear morphology and in human hematopoietic [blood-forming] stem cells associated with malignancy. The scientists went on to detail that lamin B1 deficiency alters genome organization. This in turn causes expansion of blood-forming stem cells, a bias towards their becoming myeloids, genome instability due to defective DNA damage repair and other problems that set the stage for cancer.

Quelle: Sciencedaily

Gene deletion behind anomaly in blood cancer cells

Although clinical labs have known for almost a century that a oddly shaped nucleus resembling pince-nez glasses in blood cells could indicate leukemia, the cause of this anomaly remained unknown. Scientists have now discovered that loss of nuclear Lamin B1 induces defects in the nuclear morphology and in human hematopoietic [blood-forming] stem cells associated with malignancy. The scientists went on to detail that lamin B1 deficiency alters genome organization. This in turn causes expansion of blood-forming stem cells, a bias towards their becoming myeloids, genome instability due to defective DNA damage repair and other problems that set the stage for cancer.

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DNA discovery reveals a critical ‚accordion effect‘ for switching off genes

Researchers have revealed how an ‚accordion effect‘ is critical to switching off genes, in a study that transforms the fundamentals of what we know about gene silencing. The finding expands our understanding of how we switch genes on and off to make the different cell types in our bodies, as we develop in the womb.

Quelle: Sciencedaily

DNA discovery reveals a critical ‚accordion effect‘ for switching off genes

Researchers have revealed how an ‚accordion effect‘ is critical to switching off genes, in a study that transforms the fundamentals of what we know about gene silencing. The finding expands our understanding of how we switch genes on and off to make the different cell types in our bodies, as we develop in the womb.

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New pathway for DNA transfer discovered in tumor microenvironment

Researchers have discovered another way tumor cells transfer genetic material to other cells in their microenvironment, causing cancer to spread.

Quelle: Sciencedaily

Chronologically young, biologically old: DNA linked to cancer survivors premature aging

Scientists have identified variants in two genes that are associated with accelerated aging in childhood cancer survivors.

Quelle: Sciencedaily

Research advances understanding of DNA repair

A researcher has made a discovery that alters our understanding of how the body’s DNA repair process works and may lead to new chemotherapy treatments for cancer and other disorders. Researchers discovered that base excision repair has a built-in mechanism to increase its effectiveness — it just needs to be captured at a very precise point in the cell life cycle.

Quelle: Sciencedaily

Visualizing the invisible: New fluorescent DNA label reveals nanoscopic cancer features

Researchers have developed a new fluorescent label that gives a clearer picture of how DNA architecture is disrupted in cancer cells. The findings could improve cancer diagnoses for patients and classification of future cancer risk.

Quelle: Sciencedaily