Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Forscher untersuchen synthetische Genschalter

23.03.2011
Gene haben Schalter, mit denen sie an- und ausgeschaltet werden. Das ist eine Kernaussage der Epigenetik, einer hochaktuellen Forschungsrichtung, welche die klassische Genetik in vielen Aspekten ergänzt. Forscher des Leibniz-Instituts für Molekulare Pharmakologie (FMP) haben solche Genschalter im Labor nachgebaut und untersuchen sie mit hochauflösender NMR-Spektroskopie.

Wir sind unseren Genen nicht hilflos ausgeliefert. Denn auf ihnen sitzen Schalter, die darüber entscheiden, ob ein Gen abgelesen wird oder nicht. Diese Schalter lassen sich maßgeblich von äußeren Faktoren wie Ernährung oder Stress beeinflussen. Wie sie funktionieren, steht derzeit im Fokus der Genforschung. „Nach heutigem Verständnis ist die Epigenetik eine Art Feintuning der genetischen Information, sozusagen der Beipackzettel zu den Genen“, sagt Dr. Dirk Schwarzer vom FMP.

Die Genschalter sind kleine chemische Gruppen, die auf den DNA-Molekülen oder deren Verpackungsproteinen, den Histonen, sitzen. FMP-Forscher um Dirk Schwarzer und Philipp Selenko haben mit hochauflösender NMRSpektroskopie verfolgt, wie diese Gruppen angelagert oder abgespalten werden. Das Besondere ihrer Methode: Sie können mehrere Genschalter gleichzeitig in Echtzeit beobachten und brauchen die Probe nicht zu zerstören. Im Mittelpunkt ihrer Untersuchungen standen die Histone, um welche sich die DNA wickelt wie um eine Spule. Histone haben eine Verlängerung, bestehend aus 10 bis 35 Aminosäuren, welche wie ein Schwanz aus dem Spule- DNA-Komplex herausragt. Auf diesen sogenannten „histon tails“ sitzen viele Genschalter. Forscher sprechen auch vom „histon code“, welcher maßgeblich für die Aktivität der aufgewickelten Gene verantwortlich ist.

Die Forscher wollten wissen, wie Enzyme arbeiten, die Acetylgruppen an die Lysinbausteine der histon tails knüpfen oder entfernen. Dieser Prozess spielt eine wichtige Rolle in der Genregulation, denn die Acetylierung von Lysinen in den tails kann darauf Einfluss nehmen, ob ein benachbartes Gen abgelesen wird oder nicht.

Sie haben dazu den histon tail H4 chemisch nachgebaut. Er besteht aus 25 Aminosäuren, fünf davon sind Lysine. Lysin hat zwei Aminogruppen - über eine ist es mit der Nachbar-Aminosäure verknüpft, die andere ist frei für chemische Reaktionen. Die Aminogruppen des Lysins waren teilweise mit einem Stickstoffisotop N15 versehen. Da nur diese Isotope NMR-aktiv sind, erhielten die Forscher nur Signale von Lysin. Wird dessen freie Aminogruppe nun acetyliert, wirkt sich das auch auf die Stickstoffatome in der Kette aus, ihre Signale verschieben sich etwas. Die Forscher fanden so zum Beispiel heraus, dass das Enzym HAT1 (Histon Acetyl Transferase1) zuerst das Lysin an Position 12 acetyliert und erst wenn dies vollständig acetyliert ist auch Lysin 5 verändert.

Die Chemiker haben auch den acetylierten H4-tail im Labor nachgebaut, um die umgekehrte Reaktion zu untersuchen - die Deacetylierung. Die dafür verantwortlichen Enzyme, die Histon-Deacetylasen (HDACs), spielen eine wichtige Rolle beim Abschalten von Genen. So werden Inhibitoren der HDACs in den USA bereits als Antikrebsmittel eingesetzt. Überraschend fanden die Forscher, dass viele der eingesetzten Enzyme an einem Lysin aktiv waren, das zuvor nicht als Acetylierungsstelle bekannt war. „Die Stelle ist eigentlich einer anderen Art von Modifikation vorbehalten“, sagt Schwarzer. Eine Erklärung für diese Beobachtung könnte darin liegen, dass die chemisch hergestellten histon tails nicht die exakten physiologischen Bedingungen widerspiegeln und dass dieses Lysin in dem Zellkern für HATs und HDACs unzugänglich ist. „Es sind jedoch häufig die unerwarteten Entdeckungen, die einen auf die Spur neuer Phänomene bringen. Insofern lohnt es sich, dieses Lysin noch einmal genauer zu betrachten“, so der Chemiker.

ACS Chem. Biol., DOI: 10.1021/cb1003866

Kontakt:
Silke Oßwald
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Leibniz-Instituts für Molekulare Pharmakologie
Tel: 030-94793104, osswald@fmp-berlin.de

Christine Vollgraf | idw
Weitere Informationen:
http://www.fmp-berlin.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Reize auf dem Weg ins Bewusstsein versickern
22.09.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Lebendiges Gewebe aus dem Drucker
22.09.2017 | Universitätsklinikum Freiburg

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: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie