Neue Funktion eines DNA-Reparatursystems entdeckt

Jede Zelle besitzt Reparatursysteme, mit denen sie Schäden an der DNA, der Trägerin der Erbinformationen, repariert und somit die genetische Information in korrekter Form erhält. Die Forschergruppe um Primo Schär, Professor für Molekulare Genetik an der Universität Basel, hat nun bei einem zellulären Reparatursystem eine Entdeckung gemacht. Statt wie bisher angenommen primär Fehler in der Basenabfolge der DNA zu beseitigen, stabilisiert es zusätzlich eine übergeordnete genetische Ebene.

Ein DNA-Reparatursystem stabilisiert Muster von chemischen Modifikationen an der DNA und an Histonproteinen und gewährleistet damit, dass in jeder Zelle konstant die richtigen Gene aktiv sind.

Die Vermutung kam den Forschenden bei der Beobachtung von Mäusen, denen eine spezifische Komponente dieser Reparaturmaschine fehlte. Sie starben noch vor der Geburt, obwohl die Zellen den Defekt erwartungsgemäss hätten kompensieren müssen. Die anschliessenden Untersuchungen zeigten, dass nicht die DNA-Stabilität beeinträchtigt war, sondern die Ablesemuster der Gene in der Embryonalentwicklung falsch programmiert wurden. Im Embryonalstadium wird für jeden Zelltyp ein spezifisches Programm von Genen aktiviert, während die Mehrzahl der Gene stillgelegt werden müssen. Zu diesem Zweck wird die DNA in eine kompakte Form gebracht, in der nur die benötigten Gene ablesbar sind. Dies geschieht über Veränderungen an der chemischen Grundstruktur der DNA selbst sowie an Histonproteinen, um die die DNA aufgewickelt ist.

Wie eine Art «Lesezeichen» markieren solche Modifikationen die Gene, die gelesen werden sollen. Da diese Lesezeichen die Basenabfolge der DNA nicht verändern, jedoch Informationen bezüglich Genaktivität enthalten, die bei der Zellteilung an die Tochterzellen weiter vererbt werden, spricht man von Epigenetik.

Beim Setzen dieser Lesezeichen können jedoch Fehler auftreten, sodass ein benötigtes Gen fälschlicherweise nicht mehr abgelesen werden kann. Die Forschenden haben entdeckt, dass das DNA-Reparatursystem solche Fehler verhindert, indem es falsche Modifikationen an der DNA entfernt und Faktoren koordiniert, welche die korrekten chemischen Gruppen an den Histonen anbringen. Damit sorgt es dafür, dass in jedem Zelltyp konstant die richtigen Gene aktiv sind.

Weitere Auskünfte
Prof. Dr. Primo Schär, Universität Basel, Departement Biomedizin, Institut für Biochemie und Genetik, Mattenstrasse 28, 4058 Basel, Tel. +41 61 267 07 70, E-Mail: primo.schaer@unibas.ch
Originalbeitrag
Daniel Cortazar, Christophe Kunz, Jim Selfridge, Teresa Lettieri, Yusuke Saito, Eilidh MacDougall, Annika Wirz, David Schuermann, Angelika L. Jacobs, Fredy Siegrist, Roland Steinacher, Josef Jiricny, Adrian Bird & Primo Schär
Embryonic lethal phenotype reveals a function of TDG in maintaining epigenetic stability

Nature, published online before print January 30, 2011 | doi: 10.1038/nature09672