Nicolai Siegel erforscht Trypanosomen

Der junge Wissenschaftler ist Anfang 2012 aus Paris an die Universität Würzburg gekommen, um hier am Zentrum für Infektionsforschung seine eigene Nachwuchsgruppe aufzubauen.

Nicolai Siegel, 1978 in Heidelberg geboren, hat ab 1999 Biochemie an der Brown University in Providence (USA) studiert. Ein Auslandssemester verbrachte er an der Eidgenössischen Technischen Hochschule ETH in Zürich. Im Anschluss absolvierte er ein PhD-Studium, das mit der deutschen Promotion vergleichbar ist, an der Rockefeller University in New York. Als Postdoc ging Siegel 2009 dann ans Pasteur-Institut nach Paris. Von dort ist er nun ans Zentrum für Infektionsforschung der Uni Würzburg gewechselt.

Als Leiter einer Nachwuchsgruppe erforscht Nicolai Siegel in Würzburg den Parasiten Trypanosoma brucei. Dieser einzellige, wurmartige Organismus ist südlich der Sahara in Afrika verbreitet. Durch den Stich der Tse-Tse-Fliege kann er auf den Menschen übertragen werden und löst dann die Schlafkrankheit aus. Impfstoffe gegen den Erreger gibt es bislang nicht. Die verfügbaren Medikamente haben zum Teil so starke Nebenwirkungen, dass man sie eigentlich niemandem verabreichen sollte. Im Endstadium der Krankheit, wenn der Parasit vom Blut ins Gehirn eingedrungen ist, verfallen die Erkrankten in völlige Apathie; ihr Tod ist dann unausweichlich.

Neue Art der Genregulation vermutet

Die Schlafkrankheit besser behandeln zu können: Das ist ein Grund, warum der Parasit erforscht wird. Der andere Grund: Schon früh in der Evolution hat der Erreger einen Sonderweg eingeschlagen. Darum unterscheidet er sich in vielen Punkten von anderen Lebewesen. Das ist es, was Nicolai Siegel besonders an seinem Forschungsobjekt fasziniert – zumal er bei dem Erreger eine neue Art der Genregulation vermutet.

Normalerweise verläuft die Aktivierung eines Gens so: Zuerst muss die DNA ausgepackt werden – denn im Zellkern ist sie platzsparend verstaut. Sie ist aufgewickelt auf Histon-Proteine, die sich wiederum zu einer kompakten Struktur zusammendrängen. Erst wenn dieses Knäuel ausreichend gelockert ist, wird die DNA zugänglich für Proteine, die das Abschreiben der genetischen Information erledigen.

Markierte Startpunkte auf der DNA fehlen

Das Abschreiben eines Gens beginnt in der Regel an markierten Startpunkten auf der DNA. Bei Trypanosoma allerdings hat man bislang weder solche Punkte noch ihre Markierungen gefunden. Nicolai Siegel geht davon aus, dass es bei dem tropischen Erreger quasi von alleine zum Abschreiben der Gene kommt, wenn sich das Knäuel aus DNA und Histonen ausreichend entwirrt hat. Anders gesagt: Das Ausmaß der DNA-Verpackung entscheidet hier über die Aktivierung eines Gens.

Natürlich aber darf auch die Verpackung und Entpackung der DNA nicht unreguliert bleiben. Bei diesem Prozess spielen Enzyme eine Rolle, die an den vier bekannten Histon-Proteinen gezielte Modifizierungen vornehmen. Als Folge davon lösen oder verfestigen sich die Knäuel. Und woher wissen die Enzyme, an welcher Stelle der DNA sie tätig werden müssen? „Vor Kurzem wurden Hinweise darauf gefunden, dass spezielle ncRNA-Moleküle die Enzyme an die richtigen Stellen lotsen“, sagt Siegel.

Auffällige Verteilung von Histon-Proteinen

Modifikationen an den Histon-Proteinen gibt es auch bei Trypanosomen. Zusätzlich besitzen die Parasiten von jedem der vier Histone eine zusätzliche Variante. Siegel hat nachgewiesen, dass immer zwei bestimmte Histon-Varianten genau dort angereichert sind, wo das Abschreiben eines Gens beginnt, während sich zwei andere Histon-Varianten vermehrt an den Stellen befinden, wo der Abschreibeprozess endet.

Wie wirken die Histone und die ncRNA-Moleküle zusammen? Wie regulieren sie die Verpackung der DNA, so dass Gene aktiviert oder stillgelegt werden? Diese Fragen will Siegel mit seiner Nachwuchsgruppe klären. Im Idealfall liefert diese Grundlagenforschung auch neue Erkenntnisse, die für die Entwicklung von Impfstoffen oder besseren Medikamenten gegen den Erreger der Schlafkrankheit bedeutsam sind.

Kontakt

Nicolai Siegel, Zentrum für Infektionsforschung der Universität Würzburg,
T (0931) 31-88499, nicolai.siegel@uni-wuerzburg.de