Chromatid

Jedes Chromatid enthält ein einzelnes, lineares DNA-Molekül in Form einer Doppelhelix, das zusammen mit Histonen und weiteren Proteinen zu Chromatin verpackt ist. Das Zentromer teilt das Chromatid in einen kurzen Arm (p-Arm) und einen langen Arm (q-Arm). An den Enden befinden sich die Telomere. Im Zentromerbereich bildet jedes Chromatid ein eigenes Kinetochor aus, an dem die Mikrotubuli des Spindelapparats ansetzen.

Man unterscheidet zwei Arten von Chromatiden:

• Schwesterchromatiden: die beiden durch Replikation entstandenen Chromatiden desselben Chromosoms. Sie sind zunächst genetisch identisch.
• Nicht-Schwesterchromatiden: Chromatiden der beiden homologen Chromosomen. Zwischen ihnen findet in der Prophase I der Meiose das Crossing-over statt.

Ein Chromosom besteht außerhalb der S-, G2- und M-Phase aus nur einem Chromatid (Ein-Chromatid-Chromosom). Nach der Replikation liegt es als Zwei-Chromatid-Chromosom vor. In der Metaphase sind die Chromatiden maximal kondensiert und lichtmikroskopisch als typische X-förmige Struktur erkennbar.

In der Mitose werden die Schwesterchromatiden in der Anaphase voneinander getrennt und zu den gegenüberliegenden Zellpolen gezogen. Jede Tochterzelle erhält so von jedem Chromosom ein Chromatid, das ab der Trennung als eigenständiges Ein-Chromatid-Chromosom bezeichnet wird.

In der Meiose erfolgt der Verlust der Kohäsion schrittweise. In der ersten meiotischen Teilung wird das Kohäsin entlang der Chromosomenarme abgebaut, sodass die homologen Chromosomen getrennt werden. Die Schwesterchromatiden bleiben dabei über die Zentromerregion verbunden. Erst in der zweiten meiotischen Teilung wird auch diese Kohäsion aufgelöst und die Schwesterchromatiden werden getrennt. Den Schutz des zentromerischen Kohäsins in Meiose I vermittelt das Protein Shugoshin.^[1]

Eine fehlerhafte oder vorzeitige Trennung der Chromatiden führt zu einer ungleichen Verteilung der Chromosomen (Non-Disjunction) und damit zu Aneuploidien wie der Trisomie 21. In Eizellen wird das Kohäsin während des jahrzehntelangen Arrests in der Prophase I nach aktuellem Kenntnisstand nicht ausreichend erneuert und nimmt mit dem Alter ab. Dies gilt als wesentlicher Mechanismus für den Anstieg meiotischer Fehlverteilungen mit zunehmendem mütterlichem Alter.^[2]

Mutationen in Genen des Kohäsin-Komplexes oder seiner Regulatoren verursachen eine Gruppe von Entwicklungsstörungen, die als Kohäsinopathien zusammengefasst werden:^[3]

• Cornelia-de-Lange-Syndrom: überwiegend Mutationen in NIPBL, seltener in Genen für Kohäsin-Untereinheiten
• Roberts-Syndrom: autosomal-rezessiv vererbt, Mutationen in ESCO2; zytogenetisch typisch ist eine vorzeitige Trennung der Zentromerregionen der Schwesterchromatiden

Beide Erkrankungen zeigen ein ähnliches Spektrum an Fehlbildungen. Beim Cornelia-de-Lange-Syndrom steht pathogenetisch eher eine gestörte Genregulation als ein Segregationsdefekt im Vordergrund.

In der Chromosomenanalyse werden Chromatidaberrationen, die nur eines der beiden Schwesterchromatiden betreffen (z.B. Chromatidbrüche), von Chromosomenaberrationen unterschieden, die beide Chromatiden betreffen. Eine erhöhte Rate an Chromatidbrüchen nach Exposition gegenüber DNA-quervernetzenden Substanzen ist diagnostisch für die Fanconi-Anämie. Ein stark erhöhter Schwesterchromatidaustausch ist charakteristisch für das Bloom-Syndrom.