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 Designerviren stacheln Immunabwehr gegen Krebszellen an
26.05.2017 | Universität Basel

nachricht Wachstumsmechanismus der Pilze entschlüsselt
26.05.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

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: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften