Understanding nuclear mass density across the tree of life

Jüngste Studien an verschiedenen Modellorganismen haben gezeigt, dass der Zellkern im Allgemeinen weniger dicht ist als das umgebende Zytoplasma, doch die Faktoren, die die Kerndichte beeinflussen, sind nach wie vor kaum erforscht. Insbesondere der Beitrag des DNA-Gehalts und der Chromatinkondensation ist unklar. Um dies zu untersuchen, wurde die Kerndichte in Dinoflagellaten, einzelligen Eukaryoten mit permanent kondensierten Chromosomen und einem ~ 80-fach höheren DNA-Gehalt als herkömmliche Eukaryoten, mittels korrelativer Fluoreszenzmikroskopie und optischer Diffraktionstomografie (ODT) untersucht. Trotz ihrer außergewöhnlichen genomischen Eigenschaften wiesen die Kerne von Dinoflagellaten eine mit denen herkömmlicher Eukaryoten vergleichbare Massendichte auf. Die Kerndichte wurde außerdem bei Tetrahymena thermophila untersucht, die zwei Kerne haben, einen Mikronukleus (MIC) und einen Makronukleus (MAC). Der MIC war dichter als das Zytoplasma, während der MAC weniger dicht war. Nur während der Meiose und Mitose wird die Kerndichte des MIC weniger dicht als die des Zytoplasmas. Die Verringerung der Kerndichte korreliert mit der Kerngrößenzunahme, dem erhöhten Kernimport und der Transkriptionsaktivität des MIC während der Prophase der Meiose. Die Inhibierung der mikronuklearen Transkription oder die Hemmung der mikrotubuliabhängigen Kerngrößenzunahme des MIC verhinderte den Dichteabfall nicht, was darauf hindeutet, dass die Kerngröße und die Transkriptionsaktivität keine primären Determinanten sind. Diese Ergebnisse deuten an, dass der Kernimport für den beobachteten Rückgang der Kerndichte in der Meiose und Mitose verantwortlich ist, eine Hypothese, die einer weiteren experimentellen Validierung bedarf. Zusammenfassend lassen diese Ergebnisse darauf schließen, dass weder ein hoher DNA-Gehalt noch eine permanente Chromatinkondensation zwangsläufig zu einer Erhöhung der Kerndichte führen; vielmehr scheint der Prozess des Kernimports die Kerndichte zu regulieren.