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 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