GEN-AU: Österreichisches Forschungsnetzwerk veröffentlicht in Nature Genetics

Die publizierte Forschungsarbeit entstand in Kooperation des, vom Österreichischen Genomforschungsprogramm (GEN-AU, Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung) unterstützten, Bioinformatik Integrationsnetzwerkes mit US- amerikanischen Forschenden.

Bei der Entwicklung von Organismen leisten Transkriptionsfaktoren entscheidende Arbeit: Je nachdem, an welche DNA Sequenzen sich diese Proteine binden, um Gene zu aktivieren oder auszuschalten, entstehen unterschiedliche Zelltypen für Organe, Knochen oder Muskeln des künftigen Lebewesens.

Bisher war unklar, inwieweit diese Zellentwicklungssteuerung im Laufe der Evolution mehrfach „erfunden“oder einmal entstanden und weitervererbt worden ist. Wissenschaftliche Studien untermauerten beide Ansätze.

Durchbruch bei der Entschlüsselung der genetischen Regulation

Die österreichisch-amerikanische Forschungsarbeit an sechs Fruchtfliegen-Arten untersucht, ob Schlüsselregulationsproteine, die sowohl bei der Drosophila Fliege als auch beim Menschen an der Entwicklung unterschiedlicher Zelltypen beteiligt – und damit vererbt – sind, an die selben Gene binden, um diese zu regulieren.

Eine weitere Forschungsfrage war, ob die Stellen, an denen sich die Transkriptionsfaktoren an die Gene koppeln, um sie an- oder abzuschalten, bei unterschiedlichen Organismen verschieden oder gleich sind. Denn ähneln sich die Bindestellen, werden auch ähnliche Bereiche des Genoms aktiviert.

Experimentiert haben die Wissenschafterinnen und Wissenschafter mit dem Mesoderm der Fruchtfliegen, dem Vorläufergewebe von z.B. Muskeln, Herz, (im Menschen auch Knochen), um sich anzusehen, was stark konserviert bzw. vererbt ist.

Da die sechs Drosophila Spezies unterschiedlich stark miteinander verwandt sind – einige nahe, wie etwa Mensch und Primat, andere weitschichtig wie Mensch und Vogel – aber alle ähnliche Bindestellen des Transkriptionsfaktors Twist zeigen, belegt das auch die Konservierung der Regulation.

Erfolgreiche Kooperationen

Noch eine Erkenntnis brachte die internationale Forschungskooperation zu Tage: Auch Twist arbeitet nicht alleine, sondern trägt mit Partner-Transkriptionsfaktoren zur Spezifizierung des kombinatorischen und regulatorischen Codes bei.

Da die Aktivierung falscher Proteine genetische Krankheiten bzw.
Krebs verursacht, ist die Entschlüsselung der Genregulationsvorgänge wichtige Grundlage für die künftige Interpretation genetischer Mutationen.

Entstanden ist die Kooperation durch die frühere Zusammenarbeit zweier Forschender am Bostoner MIT: Julia Zeitlinger, die es inzwischen nach Kansas City an das Stowers Medical Institute for Medical Research und das Department of Pathology, University of Kansas Medical School, verschlagen hat, bestimmte experimentell die Bindestellen von Transkriptionsfaktoren am Genom, Systembiologe Alexander Stark widmete sich mit seinem neuen Team am Research Institute of Molecular Pathology (IMP) in Wien der Vorhersage und Analyse der übemittelten Daten mittels Computer. Kommuniziert wurde per Email und telefonisch.

Stark ist Leiter eines Subprojekts des österreichischen Bioinformatik Integrationsnetzwerks (BIN), die bioinformatische Datenanalyse oblag seiner PhD Studentin Anaïs Bardet, die gemeinsam mit Quiye He, vom Stowers Institute for Medical Research, Erstautorin des Papers ist.

BIN: Netzwerk aus Spitzenforschenden

Das GEN-AU Bioinformatik Integrationsnetzwerk entwickelt bioinformatische Lösungen und stellt diese Forschungsgruppen zur Verfügung. Es wird von Zlatko Trajanoski geleitet, der am Biozentrum der Medizinischen Universität Innsbruck, in der Sektion für Bioinformatik forscht.

Auch das Institut für Genomik und Bioinformatik der Technischen Universität Graz mit Gerhard Thallinger trägt zum Erfolg des Netzwerks bei, ebenso wie das Research Institute of Molecular Pathology (IMP) in Wien und das Center for Integrative Bioinformatics Vienna (Max Perutz Laboratories).

Weiters beteiligt sind das Institut für Theoretische Chemie sowie das Department für Biomolekulare Strukturchemie, beide an der Universität Wien, die UMIT (Private Universität für Gesundheitswissenschaften, Medizinische Informatik und Technik), das CeMM (Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften).

Das eben veröffentlichte Paper ist der Erfolg des Subprojekts „Cis- acting regulatory motifs“, geleitet von Maria Novatchkova und Alexander Stark (beide am IMP), eines von 10 Subprojekten, in das BIN unterteilt ist.
Ins Leben gerufen wurde das Österreichische Genomforschungsprogramm
2001 vom Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung.
Weitere Infos zum Netzwerk:
www.gen-au.at/projekt.jsp?projektId=112&lang=de
Zum Paper High conservation of transcription factor binding and evidence for combinatorial regulation across six Drosophila species:

http://www.nature.com/ng/journal/vaop/ncurrent/full/ng.808.html

Mag. Daniela Martos
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