Schwesterchromatid-Austausch

Ein Schwesterchromatid-Austausch, Sister chromatid exchange, kurz  SCE, ist ein Austausch von gleichen Teilen der beiden Schwesterchromatiden innerhalb eines Chromosoms. Ein derartiger Austausch findet in den Phasen des Zellzyklus statt (ein Schwesterchromatid-Austausch kann nur in dieser Phase stattfinden), in denen die DNA des Chromosoms bereits repliziert (verdoppelt) vorhanden ist.  Als „Schwesterchromatiden“ werden somit auch die beiden gleichartigen DNA-Stücke bezeichnet, die in diesem Stadium des Zellzyklus parallel angeordnet sind.

Während dieser Teilungsphase der Zelle kann ein Austausch von ganzen, mehr oder weniger großen Chromosomenstücken stattfinden. Einerseits weil die DNA-Stränge nahe beieinander liegen und andererseits weil die DNA-Moleküle von Enzymen auseinander gezogen werden, um für die neu entstehende Zelle verdoppelt zu werden, wobei es zu Spannungen im Molekül kommt.

An diesen offenen Stellen, den Replikationsgabeln, finden die Überkreuzungen der Chromosomenstücke statt (crossing over). Dabei kommt es – auch unter natürlichen Bedingungen – zu Strangbrüchen, die vom Reparatursystem der Zelle wieder geflickt werden. Bei der Reparatur kann es passieren, dass „falsche“ Stücke zusammengefügt werden. Dadurch erhält die DNA neue Eigenschaften, ein normaler Vorgang in der Evolution. Es kommt auch zu Vernetzungen (cross-linking) der DNA-Moleküle, was zur Hemmung oder gar dem Verlust der DNA-Funktion führen kann. Die Vernetzungen sind wieder feste kovalente chemische Bindungen, die nicht leicht zu lösen sind.

SCEs sind zu unterscheiden von Crossing-over, bei dem während der Meiose ein Austausch von Chromatiden (bzw. Teilen dieser) zwischen den homologen Chromosomen, also der jeweiligen Chromosomenkopien von Mutter und Vater, stattfindet und welches somit eine Rekombination des Erbgut ermöglicht. Bei SCEs findet dagegen gerade kein Informationsaustausch statt, da die beiden beteiligten Chromatiden dem gleichen Chromosom angehören und identisch sind, da sie durch Verdopplung auseinander hervorgegangen sind.

Im Labor werden zur Erhöhung der Strangbruchraten Chemikalien eingesetzt wie z. B. Mitomycin C (seit langem gut bekannt als Auslöser von Schwesterchromatid-Austauschen) oder Phytohämagglutinin (eine Substanz aus Bohnen, die menschliche Blutzellen verklumpen –  agglutinieren – lässt und Lymphozyten zur Teilung anregt), um die Stabilität bzw. Anfälligkeit vom Chromosomen zu testen.

Der Schwesterchromatid-Austausch-Test ist eine gängige Methode zur Charakterisierung der Chromosomeneigenschaften. Außer mutagenen Chemikalien können auch ionisierende Strahlen (Röntgen- und UV-Strahlung) zu Strangbrüchen und Schwesterchromatid-Austausch führen.

1. Korenberg JR et al. (1974) Giemsa technique for the detection of sister chromatid exchanges. Chromosoma 48:355–360.
2. Latt SA (1981) Sister chromatid exchange formation. Annu Rev Genet 15:11-55.

3. Rodríguez‐Garay B (2016)  Chromatid Abnormalities in Meiosis: A Brief Review and a Case Study in the Genus Agave (Asparagales, Asparagaceae) DOI: 10.5772/intechopen.68974

4. Scheres JM et al. (1977) „Reverse" differential staining of sister chromatids. Exp Cell Res 109:466–468.