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 Kieselalge in der Antarktis liest je nach Umweltbedingungen verschiedene Varianten seiner Gene ab
17.01.2017 | Stiftung Zoologisches Forschungsmuseum Alexander Koenig, Leibniz-Institut für Biodiversität der Tiere

nachricht Proteinforschung: Der Computer als Mikroskop
16.01.2017 | Ruhr-Universität Bochum

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: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Im Focus: Studying fundamental particles in materials

Laser-driving of semimetals allows creating novel quasiparticle states within condensed matter systems and switching between different states on ultrafast time scales

Studying properties of fundamental particles in condensed matter systems is a promising approach to quantum field theory. Quasiparticles offer the opportunity...

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Intelligente Haustechnik hört auf „LISTEN“

17.01.2017 | Architektur Bauwesen

Satellitengestützte Lasermesstechnik gegen den Klimawandel

17.01.2017 | Maschinenbau