Genetik
Wie die DNA Distanzen überbrückt
Forscher erlangen neue Erkenntnisse über die räumliche Organisation des Erbguts.
Veröffentlicht:BERLIN. Außer in ihrer Basenfolge verschlüsselt die DNA ihre Information auch in der Art und Weise, wie sie im Zellkern gepackt ist.
Ein Forscherteam vom Max-Delbrück-Centrum (MDC) hat gemeinsam mit internationalen Kollegen umfassende 3D-Karten der räumlichen Organisation des Erbguts von embryonalen Stammzellen der Maus bis hin zu voll entwickelten Neuronen erstellt (Mol Syst Biol 2015; 11: 852).
Diese Karten könnten künftig dabei helfen, die an Erbkrankheiten beteiligten Gene aufzuspüren.
Während des letzten Jahrzehnts gab es große Fortschritte bei der Bestimmung der dreidimensionalen Architektur der Chromosomen. Die Forscher haben sich nun im Detail angesehen, wie die gesamte DNA der Chromosomen gefaltet ist und welche Regionen dabei bevorzugt miteinander interagieren, heißt es in einer Mitteilung des MDC.
Als Modell diente ihnen dabei die Entwicklung der Nervenzellen der Maus von embroyonalen Stammzellen über einen Vorläufer bis hin zu ausdifferenzierten Nervenzellen.
Für diese drei Zelltypen haben die Forscher Interaktionskarten, so genannte Hi-C-Daten, ausgewertet: Also Daten dazu, welche Regionen sich innerhalb der Chromosomen jeweils berühren.
Meta-Domänen werden gebildet
Auf diese Weise konnten die Forscher für alle Chromosomen in allen drei Zelltypen eine Matrix der Kontakte aufstellen. Dabei haben sie herausgefunden, dass sich die Domänen in den Chromosomen zu größeren Meta-Domänen gruppieren, heißt es weiter.
Dabei sei die Faltung nicht zufällig. So träten Regionen mit ähnlichen funktionellen Eigenschaften miteinander in Kontakt, zum Beispiel Gene, die aktiv sind oder die über denselben Mechanismus reguliert werden.
Die Forscher konnten diese Interaktionen als eine baumartige Hierarchie von Domänen repräsentieren, die zeigt, wer mit wem in Kontakt steht.
Beim Vergleich der Baumdiagramme von den embryonalen Stammzellen, Vorläufern und Nervenzellen beobachteten sie, dass bei der Ausdifferenzierung interessanterweise viele der weitreichenden DNA-Kontakte bestehen bleiben. Andere formieren sich dagegen neu, orientieren sich aber wieder an Gemeinsamkeiten.
"Veränderungen der Genaktivität korrelieren mit Veränderungen in der räumlichen Organisation", wird Markus Schüler, einer der Studienautoren, zitiert.
Die Wissenschaftler glauben, dass diese Karte der Kontakte zukünftig helfen könnte, die genetischen Ursachen einiger Krankheiten zu finden.
Zum einen könnten damit Translokationen ausfindig gemacht werden, die etwa bei Krebs eine Rolle spielen. Zum anderen könnten die für Erbkrankheiten verantwortlichen Gene identifiziert werden. (eb)
