Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Auf verschlungenen Wegen zur Genaktivität

01.08.2014

Kleine chemische Änderungen an der DNA, die Methylgruppen, können darüber entscheiden, ob ein Gen abgelesen wird oder nicht.

Wissenschaftler aus dem Deutschen Krebsforschungszentrum entdeckten nun, auf welche Weise die Methylmarkierungen die Genaktivität regulieren können: Sie beeinflussen, wo sich die DNA um ihre Verpackungsproteine schlingt und dabei die so genannten Nukleosomen formt. Die Entfernung der Methylgruppen macht diese Spulen instabil und gibt bislang unzugängliche DNA-Bereiche zur Bindung von Enzymen frei, die die Genaktivität ankurbeln.

Zellen kontrollieren sehr genau, welche ihrer Gene zu einem gegebenen Zeitpunkt aktiv sind und abgelesen werden können. Entscheidend ist dies beispielweise, wenn eine Stammzelle zur spezialisierten Gewebezelle ausreift und dabei ganz andere zelluläre Programme abrufen muss. Eine Vielzahl sogenannter epigenetischer Mechanismen ist an dieser Regulation beteiligt. Ein besonders wichtiges epigenetisches Signal ist die Methylierung der DNA: Einzelne Methylgruppen am DNA-Baustein Cytosin beeinflussen, ob die Information eines Gens abgelesen werden kann.

„Zahlreiche Studien zeigen dramatische Unterschiede im DNA-Methylierungsmuster zwischen verschiedenen Zellen“, sagt Dr. Karsten Rippe vom Deutschen Krebsforschungszentrum. „Bislang war aber nicht bekannt, auf welche Weise die Änderungen der DNA-Methylierung bewirken, dass ein Gen abgelesen wird oder eben nicht.“

Der Genomforscher aus dem DKFZ vermutete, dass die Methylierung sich auf die Verpackung der DNA auswirken könnte: Der meterlange DNA-Faden liegt nicht als chaotisches Knäuel im Zellkern, sondern als komplex gewickelte Struktur vor. Die Spulen, um die der DNA-Faden zunächst geschlungen ist, bestehen aus einen Komplex mehrerer Proteine. Die gewickelten Spulen werden als Nukleosomen bezeichnet, die durch den DNA „Faden“ zu einer Kette verknüpft sind.

Dort, wo die DNA zu Nukleosomen aufgespult ist, ist sie oft unzugänglich für die Enzyme, die das Erbgut lesen und aktivieren. Deshalb müssen die Bindungsstellen dieser „Genschalter“ auf dem Fadenabschnitt zwischen den Nukleosomen liegen, um ein Gen anschalten zu können.

Rippes Team entdeckte nun, dass die Position der Spulen abhängig von der Methylierung der DNA ist. Die Forscher verglichen stärker oder schwächer methylierte DNA in embryonalen Stammzellen und in den daraus hervorgehenden ausgereiften Zellen. Änderte sich im Zuge dieser Entwicklung das Methylierungsmuster der DNA, so änderte dies gleichzeitig die Positionen der Nukleosomen an bestimmten Stellen des Genoms. Dort, wo die Zellen die DNA-Methylierung durch Hydroxymethylierung ersetzt hatten, waren die Nukleosomen instabil und konnten durch das DNA-bindende Protein CTCF verdrängt werden. Auf stabil methylierter DNA dagegen saßen die Nukleosomen fest und CTCF kam nicht zum Zuge.

CTCF ist dafür bekannt, dass es die räumliche Faltung des DNA-Fadens begünstigt und so die dreidimensionale Anordnung des Erbmoleküls im Zellkern steuert. Dadurch separiert es aktive DNA-Bereiche von solchen, die nicht abgelesen werden und reguliert die Genaktivität. Vladimir Teif, der Erstautor der Arbeit, interpretiert seine Ergebnisse: „Die Methylierung gewinnt durch dieses Zusammenspiel einen viel größeren Aktionsradius: Es können großräumige Veränderung der dreidimensionalen Organisation der DNA in einem Bereich von bis zu 100.000 DNA-Bausteinen entstehen.“

Auch zwischen Krebszellen und gesunden Zellen bestehen erhebliche Unterschiede in der DNA-Methylierung und damit in der Aktivität der Gene. Die Forscher um Karsten Rippe prüfen in ihrer Arbeit nun bei Leukämie-Pateinten, ob sie in den Blutkrebs-Zellen eine tumortypische Verschiebung der Nukleosomen-Anordnung entdecken können.

Die Arbeit wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im ERASysBioPlus Programm gefördert.

Teif V.B., Beshnova D.A., Vainshtein Y., Marth C., Mallm J.P., Höfer T. and Rippe K. Nucleosome repositioning links DNA (de)methylation and differential CTCF binding during stem cell development. Genome Res. 24, 1285-1295. DOI: 10.1101/gr.164418.11

Das Deutsche Krebsforschungszentrum (DKFZ) ist mit mehr als 3.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern die größte biomedizinische Forschungseinrichtung in Deutschland. Über 1000 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erforschen im DKFZ, wie Krebs entsteht, erfassen Krebsrisikofaktoren und suchen nach neuen Strategien, die verhindern, dass Menschen an Krebs erkranken. Sie entwickeln neue Methoden, mit denen Tumoren präziser diagnostiziert und Krebspatienten erfolgreicher behandelt werden können. Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Krebsinformationsdienstes (KID) klären Betroffene, Angehörige und interessierte Bürger über die Volkskrankheit Krebs auf. Gemeinsam mit dem Universitätsklinikum Heidelberg hat das DKFZ das Nationale Centrum für Tumorerkrankungen (NCT) Heidelberg eingerichtet, in dem vielversprechende Ansätze aus der Krebsforschung in die Klinik übertragen werden. Im Deutschen Konsortium für Translationale Krebsforschung (DKTK), einem der sechs Deutschen Zentren für Gesundheitsforschung, unterhält das DKFZ Translationszentren an sieben universitären Partnerstandorten. Die Verbindung von exzellenter Hochschulmedizin mit der hochkarätigen Forschung eines Helmholtz-Zentrums ist ein wichtiger Beitrag, um die Chancen von Krebspatienten zu verbessern. Das DKFZ wird zu 90 Prozent vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und zu 10 Prozent vom Land Baden-Württemberg finanziert und ist Mitglied in der Helmholtz-Gemeinschaft deutscher Forschungszentren.

Ansprechpartner für die Presse:

Dr. Stefanie Seltmann
Leiterin Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Deutsches Krebsforschungszentrum
Im Neuenheimer Feld 280
69120 Heidelberg
T: +49 6221 42-2854
F: +49 6221 42-2968
E-Mail: S.Seltmann@dkfz.de

Dr. Sibylle Kohlstädt
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Deutsches Krebsforschungszentrum
Im Neuenheimer Feld 280
69120 Heidelberg
T: +49 6221 42 2843
F: +49 6221 42 2968
E-Mail: S.Kohlstaedt@dkfz.de

E-Mail: presse@dkfz.de

www.dkfz.de

Dr. Stefanie Seltmann | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Multifunktionaler Mikroschwimmer transportiert Fracht und zerstört sich selbst
26.04.2018 | Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

nachricht Der lange Irrweg der ADP Ribosylierung
26.04.2018 | Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Why we need erasable MRI scans

New technology could allow an MRI contrast agent to 'blink off,' helping doctors diagnose disease

Magnetic resonance imaging, or MRI, is a widely used medical tool for taking pictures of the insides of our body. One way to make MRI scans easier to read is...

Im Focus: Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

Das Kleben der Zellverbinder von Hocheffizienz-Solarzellen im industriellen Maßstab ist laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und dem Anlagenhersteller teamtechnik marktreif. Als Ergebnis des gemeinsamen Forschungsprojekts »KleVer« ist die Klebetechnologie inzwischen so weit ausgereift, dass sie als alternative Verschaltungstechnologie zum weit verbreiteten Weichlöten angewendet werden kann. Durch die im Vergleich zum Löten wesentlich niedrigeren Prozesstemperaturen können vor allem temperatursensitive Hocheffizienzzellen schonend und materialsparend verschaltet werden.

Dabei ist der Durchsatz in der industriellen Produktion nur geringfügig niedriger als beim Verlöten der Zellen. Die Zuverlässigkeit der Klebeverbindung wurde...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Konferenz »Encoding Cultures. Leben mit intelligenten Maschinen« | 27. & 28.04.2018 ZKM | Karlsruhe

26.04.2018 | Veranstaltungen

Konferenz zur Marktentwicklung von Gigabitnetzen in Deutschland

26.04.2018 | Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Weltrekord an der Uni Paderborn: Optische Datenübertragung mit 128 Gigabits pro Sekunde

26.04.2018 | Informationstechnologie

Multifunktionaler Mikroschwimmer transportiert Fracht und zerstört sich selbst

26.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Berner Mars-Kamera liefert erste farbige Bilder vom Mars

26.04.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics