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Verpackungsproteine steuern Aktivität von Genen
Max-Planck-Forscher können anhand von Veränderungen an Verpackungsproteinen vorhersagen, wie aktiv Gene sind
 Lange Zeit galt die Reihenfolge der einzelnen Bausteine der Erbsubstanz DNA als alleiniger Träger der Vererbung. Die Erbinformation kann jedoch auch in Form
chemischer Änderungen an der DNA oder ihrer Verpackungsproteine, den Histonen, gespeichert und an nachfolgende Generationen weitergegeben werden. Wissenschaftlern des
Max-Planck- Instituts für molekulare Genetik in Berlin ist es gelungen, die Aktivität von Genen aufgrund chemischer Anhängsel an den Histonen vorherzusagen. Dabei
benötigen die Forscher nur wenige solcher Modifikationen, um auf die Aktivität des zugehörigen Gens schließen zu können. Chemische Änderungen an den Histonen sind
demnach an der Regulation von Entwicklung und Funktion von Zellen und Geweben beteiligt. (PNAS, 1. Februar 2010, online vorab veröffentlicht)
Abb.: DNA und Histone bilden das Nukleosom. Dieses wiederum formt zusammen mit weiteren Proteinen das Chromatin - das Baumaterial der Chromosomen. (Bild: Max-Planck-Gesellschaft)
DNA-Moleküle sind sehr lang, innerhalb einer menschlichen Zelle können sie beispielsweise eine Länge von mehr als zwei Metern erreichen. Damit die DNA überhaupt in
den Zellkern hineinpasst, wird sie um bestimmte "Verpackungsproteine", die Histone, gewickelt und dabei um das rund 10.000- bis 50.000-Fache verkürzt. 147 Basenpaare
lange DNA-Abschnitte umschlingen jeweils einen Komplex aus 8 Histonen und bilden so zusammen mit weiteren Proteinen das Baumaterial der Chromosomen. Neben ihrer
Funktion als Verpackungsmaterial haben die Histone aber noch weitere Aufgaben. So können sie an verschiedenen Stellen mit kleinen Anhängseln wie Acetyl- oder
Phosphatgruppen versehen werden. Solche Modifikationen können zum Beispiel zu einer "Entpackung" des Chromatins führen und damit das Ablesen der genetischen
Information einleiten. Andere Anhängsel dagegen dienen der Bindung bestimmter Proteine, über welche die Aktivität der DNA reguliert werden kann.
Die Berliner Max-Planck-Forscher untersuchten mit Hilfe von quantitativen Modellen, wie häufig 38 Histon-Modifikationen aus einem öffentlich verfügbaren Datensatz in
menschlichen weißen Blutkörperchen vorkommen. Sie verglichen dabei die Änderungen der Histone mit der Aktivität der zugehörigen Gene. Die Wissenschaftler um Martin
Vingron, Leiter der Abteilung Bioinformatik am Max-Planck-Instituts für molekulare Genetik, konnten zeigen, dass die Anzahl der Histon-Modifikationen im
Anfangsbereich eines Gens Rückschlüsse auf die Aktivität des betreffenden Gens erlaubt. Die Information über drei oder vier Änderungen reicht aus, um die Aktivität
eines Genes bestimmen zu können. Die Modelle sind dabei nicht auf weiße Blutkörperchen beschränkt, sondern können auch zu Vorhersagen in anderen Zelltypen verwendet
werden. "Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Ablesen von Genen eng mit den chemischen Änderungen der Histone zusammenhängt. Die Kommunikationswege zwischen
den Histon-Modifikationen und der Maschinerie zum Ablesen von Genen müssen folglich sehr kurz sein", sagt Ho-Ryun Chung, Wissenschaftler in der Abteilung
Bioinformatik. Zudem scheinen Gene mit speziellen Aufgaben anders reguliert zu werden als Gene, die Grundfunktionen erfüllen. Die Forscher fanden nämlich heraus, dass
unterschiedliche Histon-Modifikationen notwendig sind, um diese Gene zu aktivieren.
Originalveröffentlichung:
Rosa Karlic, Ho-Ryun Chung, Julia Lasserre, Kristian Vlahovicek, Martin Vingron
Histone modification levels are predictive for gene expression
PNAS, 1. Februar, 2010 (doi:10.1073/pnas.0909344107)
Kontakt:
Dr. Ho-Ryun Chung
Max-Planck-Institut für molekulare Genetik, Berlin
Tel.: +49 30 / 8413-1147
E-mail: chung@molgen.mpg.de
Dr. Patricia Marquardt (Presse)
Max-Planck-Institut für molekulare Genetik, Berlin
Tel.: +49 30 / 8413-1716
E-mail: patricia.marquardt@molgen.mpg.de
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