Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gen-Verlust kann durch andere Gene ausgeglichen werden

21.07.2015

Auswirkungen eines Eingriffs ins Erbgut hängen von der Methode ab

Neue Methoden zur Veränderung des Erbguts sind derzeit in aller Munde: Mit der CRISPR/Cas-Methode beispielsweise können Wissenschaftler Teile des genetischen Codes eines Gens ausschneiden und es dadurch ausschalten. Daneben gibt es auch Wege, die Übersetzung von Genen in Proteine zu verhindern.


Blutgefäße einer Zebrafisch-Larve: Fehlt das Gen egfl7, bilden sich die Blutgefäße (grün gefärbt) nicht korrekt. In genetisch unveränderten Fischlarven mit egfl7 führt ein Wirkstoff, der egfl7 blockiert, zu starken Störungen des Gefäßwachstums (oben). In Fischlarven ohne egfl7-Gen kompensieren dagegen andere Gene den Ausfall, so dass der Hemmstoff das Wachstum der Blutgefäße kaum beeinträchtigt (unten).

© MPI f. Herz- und Lungenforschung

Beide Herangehensweisen verhindern die Bildung eines bestimmten Proteins und sollten vergleichbare Folgen für einen Organismus haben. Es hat sich aber gezeigt, dass es unterschiedliche Konsequenzen haben kann, wenn ein Gen ausgeschaltet oder lediglich blockiert wird. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut in Bad Nauheim haben nun herausgefunden, dass andere Gene für ein ausgeschaltetes Gen einspringen und die Auswirkungen abmildern oder sogar komplett ausgleichen können.

Bei einer Blockade der Protein-Produktion scheint es zu einer solchen Kompensation dagegen nicht zu kommen. Die Ergebnisse helfen dabei, die Befunde molekularbiologischer Studien korrekt zu interpretieren und Gentherapien zur Behandlung von Krankheiten zu entwickeln.

Damit sie die Funktion eines unbekannten Gens untersuchen können, schalten es Wissenschaftler oft aus und beobachten, welche Auswirkungen dies auf den Organismus hat. Dabei können sie beispielsweise mit Enzymen ein DNA-Stück aus dem Gen ausschneiden, so dass die genetische Information für ein funktionsfähiges Protein fehlt. Ein solches Verfahren wird als „Gen-Knock-out“ bezeichnet. Beim „Gen-Knock-down“ blockieren Wissenschaftler dagegen die Bildung eines Proteins mit besonderen Wirkstoffen, beispielsweise sogenannten mikroRNAs.

Inzwischen weiß man jedoch, dass Studien mit Knock-out- und Knock-down-Tieren zu unterschiedlichen Ergebnissen führen können. Wissenschaftler aus der Arbeitsgruppe von Didier Stainier am Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung haben nun die Gründe dafür entdeckt. Die Forscher aus Bad Nauheim haben ein Gen namens egfl7 in Zebrafischen untersucht. Dieses Gen ist an der Entstehung von Bindegewebe in der Wand von Blutgefäßen beteiligt und stabilisiert sie. Dadurch reguliert egfl7 das Gefäßwachstum.

Entwicklungsbiologen sind sich jedoch uneins, was im Körper des Fischs passiert, wenn das egfl7-Gen ausgeschaltet wird. „Wird das Gen mit einem Knock-down-Verfahren blockiert, entwickeln sich die Blutgefäße in den Fischlarven nicht korrekt“, erklärt Andrea Rossi, der zusammen mit Zacharias Kontarakis die Studie federführend durchgeführt hat. Schaltet man hingegen durch einen genetischen Eingriff das Gen selbst aus, beeinträchtigt dies das Wachstum der Blutgefäße nicht.

Zunächst konnten die Max-Planck-Forscher in einem Experiment ausschließen, dass Nebenwirkungen des Knock-down-Wirkstoffes für die Störung der Gefäßentwicklung verantwortlich sind. Dazu injizierten sie die Substanz in Fischlarven, bei denen das egfl7-Gen bereits ausgeschaltet war. Trotz der Behandlung entwickelten sich die Larven weitestgehend normal.

„Da der Wirkstoff keine Störung im Gefäßwachstum verursacht, haben wir einen anderen Mechanismus vermutet: Der Verlust eines Gens könnte kompensiert werden, indem ein anderes Gen die Aufgabe übernimmt“, sagte Kontarakis. „Wir haben deshalb nach Rettungsgenen gesucht, die in Tieren ohne funktionierendes egfl7-Gen verstärkt gebildet werden.“

Die Forscher verglichen daraufhin die gebildeten Boten-RNA-Moleküle und Proteine zwischen Fischen ohne funktionstüchtiges egfl7-Gen und normalen Tieren. Dabei stießen sie auf verschiedene mRNAs und deren Proteine, die in Fischen ohne egfl7 in größeren Mengen vorliegen. Ein Beispiel ist das Protein Emilin 3B. Werden Knock-down-Fischlarven mit Emilin 3B behandelt, in denen egfl7 zuvor blockiert worden war, entwickeln sich ihre Blutgefäße weitgehend normal. „Emilin 3B kann also den Ausfall von egfl7 kompensieren. In den egfl7-Knock-out-Fischen wird das Emilin verstärkt gebildet und kann so das Fehlen von egfl7 ausgleichen. In den Knock-down-Fischen geschieht das nicht“, erklärt Stainier.

Als nächstes will die Arbeitsgruppe analysieren, woher Gene „wissen“, dass ein anderes Gen ausgeschaltet wurde und wie sie dann den Verlust kompensieren. „Weltweit arbeiten viele Wissenschaftler daran, krankmachende Gene auszuschalten und so Krankheiten zu behandeln. Für solche Therapien müssen wir unbedingt wissen, welche Auswirkungen der Verlust oder die Blockade eines Gens haben können. Zudem zeigt unsere Studie die Stärke eines Vergleichs zwischen Knock-down- und Knock-out-Daten, um modifizierende Gene zu identifizieren“, sagt Stainier. Dabei handelt es sich nach seiner Meinung um eine der großen Herausforderungen im Bereich der Humangenetik.


Ansprechpartner

Dr. Didier Stainier
Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung, Bad Nauheim
Telefon: +49 6032 705-1301

E-Mail: didier.stainier@mpi-bn.mpg.de


Dr. Matthias Heil
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit

Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung, Bad Nauheim
Telefon: +49 6032 705-1705

Fax: +49 6032 705-1704

E-Mail: matthias.heil@mpi-bn.mpg.de


Originalpublikation
Andrea Rossi, Zacharias Kontarakis, Claudia Gerri, Hendrik Nolte, Soraya Hölper, Marcus Krüger & Didier Y. R. Stainier

Genetic compensation induced by deleterious mutations but not gene knockdowns

Nature; 13 July, 2015 (doi:10.1038/nature14580)

Dr. Didier Stainier | Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung, Bad Nauheim

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Eine Karte der Zellkraftwerke
18.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung
18.08.2017 | Deutsches Zentrum für Infektionsforschung

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: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie