Gene an der Arbeit
Obwohl die Biowissenschaft das Genom von mehr und mehr Arten entschlüsselt hat, ist noch immer wenig darüber bekannt, wie Gene im lebenden Organismus zusammenarbeiten. Dieses große GEN-AU-Projekt erforscht, wie sich das Genom von Säugetieren verhält und sich je nach Zustand des Organismus verändert.
Wechselspiel der Gene. Die Gene sind die biochemische Quelle des Lebens. Seit dem Jahr 2003 ist das gesamte menschliche Erbgut entziffert. Jedoch kennt die Wissenschaft bei den bisher untersuchten Organismen nur die Abfolge der Buchstaben der Erbinformation, die sogenannte Nukleotidsequenz. Wann die einzelnen Gene aktiv sind und wie sie sich gegenseitig beeinflussen, ist noch weitgehend unbekannt. Die Wissenschaft der Epigenetik untersucht diese Vorgänge.
Das Ablesen der Erbinformation steuern. Die DNA ist ein langer molekularer Faden, in dem die einzelnen Gene aneinandergereiht sind. Doch nicht jedes Gen ist laufend aktiv. Verschiedene molekulare Mechanismen schalten in bestimmten Abschnitten der DNA, dem Euchromatin, Gene ein und aus. Der passive Teil der DNA, das so genannte Heterochromatin, ist so fest um die so genannten Histon-Proteine aufgerollt, dass die genetische Information dort nicht abgelesen werden kann. Die Histone können sich aber chemisch verändern, sie steuern dadurch die Prozesse des Ablesens von Information aus der DNA.
Dieses GEN-AU-Projekt erforscht die Plastizität des Genoms von Säugetieren. Die Forscherinnen und Forscher untersuchen chemische Änderungen in der Struktur der Maus-DNA und die damit zusammenhängenden Mechanismen, die das Ablesen von Information aus der DNA steuern.
Epigenetische Karte für Mausleben. Ihr Ziel ist es, eine epigenetische Karte des Mausgenoms zu erstellen, die erklären wird, wie die genetische Information organisiert ist und den Ablauf eines Mauslebens bestimmt. Aber auch bei Krankheiten wie Krebs, bei denen der geregelte Ablauf des genetischen Informationsflusses gestört ist, verspricht diese epigenetische Forschung neue Ansätze für Therapien.
Die in der DNA kodierte, genetische Information des Menschen und der Maus ist in 23 bzw. 20 Chromosomen niedergeschrieben. In Analogie zu Büchern lassen sich diese Chromosomen mit einer Bibliothek vergleichen. Obwohl die Buchstabenabfolge (ca. 3 Milliarden Positionen der vier Buchstaben des genetischen Kodes) in dieser Bibliothek jetzt enträtselt worden sind, fehlt uns das Verständnis, wie sich diese Buchstaben zu Wörtern, Sätzen, Kapiteln und Büchern organisieren, was sinnbildlich der geordneten Gesamtanleitung für biologische Entwicklungsprozesse entspricht. Der DNA-Faden des Menschen ist ca. 2 Meter lang, muss aber 10,000-fach verdichtet werden, damit er überhaupt in den Zellkern hineinpasst. Die Verpackung der genetischen Information geschieht über die Aufwicklung des DNA-Fadens um Proteinkugeln (Histone), deren Kondensierungsgrad wiederum über Enzyme reguliert wird. Das DNA-Histon Polymer wird Chromatin genannt. Ein hoher Verpackungsgrad (Heterochromatin) verhindert, dass die genetische Information abgelesen werden kann; das jeweilige Kapitel oder das gesamte Buch ist "verschlossen". Im Gegensatz dazu erlaubt ein geringer Verpackungsgrad (Euchromatin) Zugriff auf den DNA-Faden und "öffnet" ein entsprechendes Buch, das zum Beispiel die Anweisungen für die Embryonalentwicklung, den molekularen Charakter von Stammzellen oder das kontrollierte Wachstum von differenzierten Zellen enthält. Da die unterschiedlichen Organisationsformen des Chromatins die Übersetzung der genetischen Information regulieren, ohne direkt die Buchstabenabfolge zu verändern, definieren sie ein wichtiges Ordnungsprinzip, welches in dem Überbegriff ?Epigenetik? zusammengefasst ist. Epigenetische Forschung geht daher über die reine Beschreibung des genetischen Kodes hinaus, da ein komplexer Organismus aus mehr Information als der Summe seiner Gene besteht. In diesem GEN-AU Verbundprojekt sind sechs Forschergruppen assoziert, um eine epigenetische Karte des Maus-Genoms zu erstellen. Vereinfachend dargestellt, ist das Ziel dieses GEN-AU Verbundprojektes, den Index zu identifizieren, der die einzelnen Kapitel und Bücher der genetischen Bibliothek so ordnet, dass eine normale Entwicklung überhaupt erst möglich wird. Die Aufdeckung dieses epigenetischen Indexes verspricht neuartige Einblicke in die Funktionsweise von Stammzellen und das Geheimnis des Alterns und wird zudem zur Entstehung neuer Ansatzpunkte für die Diagnose und Therapie fehlgesteuerter Entwicklungprozesse (wie z.B. Krebs) beitragen.
English
Druckversion
