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 Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut
20.10.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Aus der Moosfabrik
20.10.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

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: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise