Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Genregulation - Die Übersetzer des genetischen Codes 2.0

28.02.2013
Unsere Erbanlagen sind in den Genen festgelegt - aber welche Informationen umgesetzt werden, legen chemische Modifikationen der DNA fest. Eine neue Studie zeigt, welche Proteine diesen erweiterten genetischen Code lesen und weitergeben.
Die Eigenschaften aller Organismen sind in den Genen festgelegt - die Abfolge der vier Nukleinbasen Adenin, Guanin, Thymin und Cytosin in der DNA codiert in allen Zellen den Bauplan des Lebens. Aber um zu entscheiden, welches Gen wann aktiv ist, benötigt die Zelle noch eine zweite Informationsebene, die über den reinen Gencode hinaus reicht: Nur so können unterschiedliche Zelltypen spezifisch jeweils die Gene aktivieren, die für ihre Funktion wichtig sind.

Wissenschaftler um Professor Thomas Carell vom Department Chemie der LMU konnten nun gemeinsam mit der Gruppe von Professor Michiel Vermeulen (Universität Utrecht, Niederlande) zeigen, wie die Genregulation auf dieser zweiten Ebene funktioniert. Eine wesentliche Rolle spielen dabei vier neue DNA-Basen: Das methylierte Cytosin-Derivat 5-Methylcytosin (mC) sowie drei erst in den letzten Jahren entdeckte Basen, die durch Oxidation aus mC hervorgehen: 5-Hydroxymethylcytosin (hmC), das 2011 von Carells Gruppe entdeckte 5’-Formylcytosin (fC) sowie 5’-Carboxycytosin (caC).

Die Methylierung der DNA - also das Übertragen einer Methylgruppe auf Nukleinbasen - spielt bei der Stilllegung von Genen eine wichtige Rolle. Seit 2009 ist bekannt, dass mC die Genaktivität vermindert, die Funktion der anderen Cytosin-Derivate dagegen ist noch nicht vollständig geklärt. In enger Zusammenarbeit mit dem LMU-Biologen Professor Heinrich Leonhardt gelang es den Wissenschaftlern nun zum ersten Mal, mithilfe ausgefeilter Analysen die Proteine zu identifizieren, die in Stammzellen, Nervenzellen und neuralen Vorläuferzellen der Maus spezifisch an die neuen Basen binden - und so Rückschlüsse auf deren Funktion erlauben.
Die Studie zeigte, dass die neuen Basen sehr spezifisch mit bestimmten Proteinen interagieren, und es nur wenige Überlappungen gibt - jede Oxidationsstufe also spezifische Funktionen übernimmt. Rekrutiert werden insbesondere bestimmte Transkriptionsregulatoren, aber auch zahlreiche DNA-Reparaturproteine. "Die DNA-Reparaturproteine erkennen die fC und caC Basen und schneiden sie heraus, um sie am Ende durch unmethyliertes Cytosin zu ersetzen. Somit scheinen DNA-Reparaturmechanismen auch bei der Genaktivierung eine wichtige Rolle zu spielen", sagt Carell.

Die Wissenschaftler nehmen an, dass die neuen Basen insbesondere bei der Entwicklung embryonaler Stammzellen zu spezialisierten adulten Zellen eine wichtige Rolle spielen. Sie ermöglichen Genen auch, zwischen aktiven und inaktiven Phasen zu wechseln - dies ist insbesondere für Nervenzellen essentiell, die sich zwar nicht mehr teilen, aber trotzdem auf Umwelteinflüsse reagieren müssen. Welche Proteine die Botschaft der neuen Basen lesen und weitergeben, ist somit von großer Bedeutung für das Verständnis der zellulären Mechanismen.
Publikation:
Dynamic Readers for 5-(Hydroxy)Methylcytosine and Its Oxidized Derivatives
Cornelia G. Spruijt, Felix Gnerlich, Arne H. Smits, Toni Pfaffeneder, Pascal W.T.C. Jansen, Christina Bauer, Martin Münzel, Mirko Wagner, Markus Müller, Fariha Khan, H. Christian Eberl, Anneloes Mensinga, Arie B. Brinkman, Konstantin Lephikov, Udo Müller, Jörn Walter, Rolf Boelens, Hugo van Ingen, Heinrich Leonhardt, Thomas Carell, and Michiel Vermeulen
Cell 2013
http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2013.02.004

Kontakt:
Prof. Dr. Thomas Carell
Chair for Organic Chemistry
Department of Chemistry, LMU München
Tel: +49 (0)89 2180-77750
E-Mail: Thomas.Carell@cup.uni-muenchen.de

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-muenchen.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Pflanzen ihr Gedächtnis vererben
21.08.2017 | Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI)

nachricht Eine Karte der Zellkraftwerke
18.08.2017 | 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: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

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...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

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

18.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Studie für Patienten mit Prostatakrebs: Einteilung in genomische Gruppen soll Therapie präzisieren

21.08.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Forscher entwickeln zweidimensionalen Kristall mit hoher Leitfähigkeit

21.08.2017 | Physik Astronomie

Ein neuer Indikator für marine Ökosystem-Veränderungen - der Dia/Dino-Index

21.08.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz