Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bioinformatiker der Uni Halle entdecken bisher unbekanntes Muster im Humangenom

23.01.2014
Mit Hilfe von Hochleistungsrechnern ist es Forschern um den Bioinformatiker Prof. Dr. Ivo Große vom Institut für Informatik der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) gelungen, ein bisher unentdecktes Muster der Protein-DNA-Interaktion zu identifizieren.

Sie liefern mit der Beschreibung des Bindungsmusters des Proteins CTCF einen wichtigen Beitrag zur Vertiefung des Verständnisses der Genregulation im menschlichen Organismus.

CTCF ist ein zentrales Regulationsprotein, das vielfältige Funktionen aufweist, und dessen Fehlfunktion unter anderem Krebs auslösen kann. Die Forschungsergebnisse sind seit heute im Fachjournal „PLoS ONE“ veröffentlicht.

Der Begriff Genregulation bezeichnet die Steuerung der Aktivität und Inaktivität von Genen. Sie ist ein fundamentaler, aber von der Wissenschaft noch längst nicht abschließend verstandener Prozess. Die Genregulation bewirkt, dass die rund 25.000 Gene des Menschen selektiv an- oder abgeschaltet werden können. „Der Grund, warum wir so aussehen, wie wir aussehen, und warum wir so funktionieren, wie wir funktionieren, ist, dass die richtigen Gene im richtigen Gewebe zum richtigen Zeitpunkt an- bzw. abgeschaltet werden“, erklärt Prof. Dr. Ivo Große.

Auf molekularer Ebene sind zur Genregulation bestimmte Proteine nötig - die sogenannten Transkriptionsfaktoren - die die DNA an bestimmten Stellen - den sogenannten Transkriptionsfaktorbindungsstellen - binden. Das Protein CTCF ist ein solcher wesentlicher Transkriptionsfaktor. Er spielt u.a. eine fundamentale Rolle bei der Entstehung verschiedener Krebserkrankungen. „Die Aufklärung, an welche Bindungsstellen der Transkriptionsfaktor CTCF in verschiedenen Geweben und zu verschiedenen Zeitpunkten bindet, ist daher von hoher biologischer und medizinischer Relevanz“, erklärt Große.

Da die exakte Bestimmung von Bindungsstellen eines gegebenen Transkriptionsfaktors durch Experimente im Labor sehr aufwändig und teuer ist, kommt computerbasierten Vorhersagemethoden eine hohe Bedeutung zu. Das internationale Forscherteam um Ivo Große hat somit nicht nur erkannt, dass die Natur komplexere Bindungsmuster verwendet, als Wissenschaftler weltweit bisher angenommen haben. Ihnen gelang es auch, mit einem neuen Bioinformatikverfahren dieses Bindungsmuster zu erkennen und zu beschreiben.

Während bisherige Verfahren ein vergleichsweise einfaches Modell der Protein-DNA-Bindung verwendeten, wurde in dieser Arbeit nun ein realitätsnäheres Modell, welches statistische Abhängigkeiten zwischen Nukleotiden innerhalb der Bindungsstellen erkennen kann, verwendet. „Wir konnten zeigen, dass dieses Modell die komplexen Bindungsmuster des Transkriptionsfaktors CTCF besser erkennt und sich dadurch die CTCF-Bindungsstellen in verschiedenen Geweben besser bestimmen lassen“, erläutert Ralf Eggeling, Doktorand in der Gruppe von Große und Erstautor des Artikels.

Neben der MLU an der Forschungsarbeit beteiligte Institutionen sind das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung in Gatersleben, das Julius-Kühn-Institut Quedlinburg, das Deutsche Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig sowie die University of Southern California in Los Angeles.

Ermöglicht wurde diese Arbeit der halleschen Bioinformatiker durch einen High-Performance-Computing-Cluster der Universität Halle, einen Supercomputer, der riesige Datenmengen verarbeiten kann. „Da komplexere Modelle üblicherweise höhere Rechenleistungen erfordern, wären unsere Studien ohne die entsprechende Rechentechnik nicht zu realisieren gewesen“, sagt Ralf Eggeling.

Mit Hilfe dieses Clusters hatten die Wissenschaftler um Ivo Große und Marcel Quint vom Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie Halle bereits mehrere Milliarden von Gensequenzen verglichen, um dem Sanduhr-Modell der Embryonalentwicklung im Pflanzenreich auf die Spur zu kommen. Dessen Entdeckung hatte vor eineinhalb Jahren weltweit für großes Aufsehen gesorgt

(http://www.nature.com/nature/journal/v490/n7418/full/nature11394.html)

Die neue Arbeit zum bislang unentdeckten DNA-Bindungsmuster des Proteins CTCF ist im Fachjournal „PLoS ONE“ veröffentlicht: "On the value of intra-motif dependencies of human insulator protein CTCF" (DOI: 10.1371/journal.pone.0085629)

Weitere Informationen:

http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0085629
- Link zum Artikel

Manuela Bank-Zillmann | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-halle.de
http://www.nature.com/nature/journal/v490/n7418/full/nature11394.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bakterieller Untermieter macht Blattnahrung für Käfer verdaulich
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

nachricht Neues Werkzeug für gezielten Proteinabbau
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie

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: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte