Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bioinformatik erschließt neue Strategien gegen Krebs

03.03.2006


Saarbrücker Forscherteam entwickelt Vorhersagemodell für epigenetische Veränderungen der DNA


Ein methyliertes DNA-Molekül. fehlerhafte Methylierungen im menschlichen Erbgut können Krebs verursachen. Bild: Max-Planck-Institut für Informatik


Krebszellen umgehen natürliche Kontrollen und vermehren sich exponentiell. Bild: Max-Planck-Institut für Informatik



Die Methylierung der DNA, also das Anhängen von Methylgruppen an bestimmte DNA-Bausteine, ist an der Steuerung unserer Gene entscheidend beteiligt. Durch eine fehlerhafte Methylierung wird das Ablesen der Erbinformation in Zellen behindert, was zur Entstehung von Krebs führen kann. Jetzt haben Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Informatik in Zusammenarbeit mit Genetikern der Universität des Saarlandes ein Programm entwickelt, mit dem man die Verteilung von Methylgruppen im Erbgut gesunder Zellen vorhersagen kann. Aus dem Vergleich der Methylierungsmuster von gesundem Gewebe und Krebszellen sollen in Zukunft Konzepte für verträglichere Medikamente gegen Krebs entwickelt werden (PLoS Genetics, 3. März 2006).



Nach dem klassischen Verständnis von Krebs können Veränderungen unseres Erbgutes zur Bildung von Tumoren führen. Veränderungen können etwa sein: das Austauschen, Löschen oder Vervielfältigen von einzelnen DNA-Bausteinen bis hin zu ganzen Erbgut-Abschnitten auf den Chromosomen. Da diese Schäden unumkehrbar sind, zielen chirurgische Operationen und Chemotherapie darauf ab, bei einem Patienten alle Krebszellen zu entfernen oder zu zerstören. Doch leider sind genetische Veränderungen oft erst in einem sehr späten Stadium der Krankheit feststellbar, was eine wirksame Therapie stark erschwert.

Um bessere Behandlungsmethoden gegen Krebs zu entwickeln, wählten die Saarbrücker Wissenschaftler deshalb einen neuen Ansatz: die Epigenetik. Dieses Forschungsgebiet beruht auf der Erkenntnis, dass es im Erbgut vererbbare Modifikationen gibt, die nicht mit der Veränderung der DNA-Sequenz, also der Abfolge der DNA-Bausteine einhergehen. Eine solche Modifikation ist beispielsweise das Anhängen von Methylgruppen an DNA-Bausteine.

In gesunden Zellen erfüllt die Methylierung der DNA viele lebenswichtige Aufgaben: Sie schützt die Zelle vor fremder DNA, hilft Fehler bei der Neubildung von DNA zu korrigieren und die Aktivität von Genen zu steuern. Bei Krebszellen ist die Methylierung gestört, so dass DNA-Bereiche methyliert werden, die normalerweise unmethyliert bleiben sollten. Dadurch können bestimmte Gene nicht mehr abgelesen werden, was zu einer fehlerhaften Entwicklung dieser Zellen führt.

Doch epigenetische Modifikationen von Krebszellen sind prinzipiell umkehrbar. Deshalb sollte es möglich sein, Tumore mit neuen Medikamenten in einen harmlosen Zustand zurückzuverwandeln, anstatt sie abzutöten oder zu entfernen. Mehrere Labore und Pharma-Unternehmen haben bereits erste Schritte zur Entwicklung von epigenetischen Krebs-Medikamenten unternommen. Diese Medikamente wirken, indem sie die DNA-Methylierung von Krebszellen verändern. Dabei machen sie nicht nur die epigenetischen Veränderungen in den Tumorzellen rückgängig, sondern sie beeinflussen auch die natürliche DNA-Methylierung, die für eine normale Zellentwicklung notwendig ist. Deshalb haben epigenetische Medikamente bisher ebenfalls schwere Nebenwirkungen und können - wie auch die klassische Chemotherapie - zu Schäden bei späteren Nachkommen der Patienten führen.

Ziel der Forscherguppe am Zentrum für Bioinformatik Saar ist es, DNA-Methylierungsmuster im menschlichen Erbgut besser zu verstehen. Wenn sie dieses Rätsel lösen könnten, ließen sich möglicherweise Medikamente "maßschneidern", die sich durch deutlich geringere Nebenwirkungen auszeichnen.

Im ersten Schritt entwickelte Christoph Bock aus der Abteilung von Prof. Thomas Lengauer am Max-Planck-Institut für Informatik eine Software, mit der man experimentell ermittelte DNA-Methylierungsdaten auf ihre Richtigkeit überprüfen kann. In Kooperation mit dem Team um Prof. Jörn Walter an der Universität des Saarlandes wurde die Praxistauglichkeit dieser Software nachgewiesen.

Darauf aufbauend verglichen die Wissenschaftler die DNA-Methylierungsmuster im Blut von gesunden Patienten mit verschiedenen Informationen über das menschliche Erbgut. Dabei entdeckten sie drei Gruppen von Eigenschaften menschlicher DNA, die für eine normale DNA-Methylierung entscheidend sind: die DNA-Sequenz, sich wiederholende DNA-Abschnitte und die dreidimensionale Struktur der DNA.

Dadurch waren die Forscher in der Lage, die Verteilung von Methylgruppen in der DNA mit neunzigprozentiger Genauigkeit vorherzusagen. Denn trotz der Entschlüsselung des menschlichen Genoms stehen den Wissenschaftlern bisher keine genomweiten DNA-Methylierungsdaten zur Verfügung. Daher sind solche Vorhersagen sehr hilfreich, um beispielsweise krebsbedingte Fehlmethylierungen zu untersuchen.

Als nächstes wollen die Saarbrücker Wissenschaftler die Methylierungsmuster von Krebszellen und gesunden Zellen miteinander vergleichen und prüfen, ob sich die für Krebs typischen Muster vorhersagen lassen. Darüber hinaus wollen sie untersuchen, wie sich eine Methylierungsveränderung durch ein epigenetisches Krebsmedikament auf das Genom auswirkt. Aus der Analyse der Veränderungsmuster lassen sich Konzepte für bessere epigenetische Medikamente mit erheblich weniger Nebenwirkungen entwickeln.

Originalveröffentlichung:

Bock C, Paulsen M, Tierling S, Mikeska T, Lengauer T, Walter J
CpG island methylation in human lymphocytes is highly correlated with DNA sequence, repeats, and predicted DNA structure
PLoS Genetics, 3 March 2006

Dr. Andreas Trepte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: DNA Erbgut Krebszelle Medikament Methylgruppen Methylierung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Aufschlussreiche Partikeltrennungen
20.07.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Bildgebung von entstehendem Narbengewebe
20.07.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Im Focus: Das Proton präzise gewogen

Wie schwer ist ein Proton? Auf dem Weg zur möglichst exakten Kenntnis dieser fundamentalen Konstanten ist jetzt Wissenschaftlern aus Deutschland und Japan ein wichtiger Schritt gelungen. Mit Präzisionsmessungen an einem einzelnen Proton konnten sie nicht nur die Genauigkeit um einen Faktor drei verbessern, sondern auch den bisherigen Wert korrigieren.

Die Masse eines einzelnen Protons noch genauer zu bestimmen – das machen die Physiker um Klaus Blaum und Sven Sturm vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

Technologietag der Fraunhofer-Allianz Big Data: Know-how für die Industrie 4.0

18.07.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - September 2017

17.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

1,4 Millionen Euro für Forschungsprojekte im Industrie 4.0-Kontext

20.07.2017 | Förderungen Preise

Von photonischen Nanoantennen zu besseren Spielekonsolen

20.07.2017 | Physik Astronomie

Bildgebung von entstehendem Narbengewebe

20.07.2017 | Biowissenschaften Chemie