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 Aus-Schalter für Nebenwirkungen
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Ein Fall von „Kiss and Tell“: Chromosomales Kissing wird fassbarer
22.06.2018 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

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: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics