Ärzte Zeitung online, 09.02.2010

Verpackungsproteine steuern Aktivität von Genen

BERLIN (eb). Lange Zeit galt die Reihenfolge der einzelnen Bausteine der Erbsubstanz DNA als alleiniger Träger der Vererbung. Die Erbinformation kann jedoch auch in Form chemischer Änderungen an der DNA oder ihrer Verpackungsproteine, den Histonen, gespeichert und an nachfolgende Generationen weitergegeben werden.

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DNA und Histone bilden das Nukleosom. Dieses wiederum formt zusammen mit weiteren Proteinen das Chromatin - das Baumaterial der Chromosomen. © Max-Planck-Gesellschaft

Die Aktivität von Genen aufgrund chemischer Anhängsel an den Histonen vorherzusagen ist Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für molekulare Genetik in Berlin gelungen. Dabei benötigten die Forscher nur wenige solcher Modifikationen, um auf die Aktivität des zugehörigen Gens schließen zu können.

Die Forscher untersuchten, wie häufig 38 Histon-Modifikationen aus einem öffentlich verfügbaren Datensatz in menschlichen weißen Blutkörperchen vorkommen. Sie verglichen die Änderungen der Histone mit der Aktivität der zugehörigen Gene. Mit Hilfe von quantitativen Modellen konnten sie zeigen, dass die Anzahl der Histon-Modifikationen im Anfangsbereich eines Gens Rückschlüsse auf die Aktivität des betreffenden Gens erlaubt.

In einem weiteren Schritt konnten die Wissenschaftler um Professor Martin Vingron zeigen, dass die Information über drei oder vier Modifikationen ausreicht, um die Aktivität eines Gens bestimmen zu können. Die Modelle sind dabei nicht auf weiße Blutkörperchen beschränkt, sondern können auch zu Vorhersagen in anderen Zelltypen verwendet werden (PNAS 2010 online vorab).

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Ablesen von Genen eng mit der Modifikation von Histonen zusammenhängt. Die Kommunikationswege zwischen den Histon-Modifikationen und der Maschinerie zum Ablesen von Genen müssen folglich sehr kurz sein, so Dr. Ho-Ryun Chung in einer Mitteilung des Instituts. Zudem scheinen Gene mit speziellen Aufgaben anders reguliert zu werden als Gene, die Grundfunktionen erfüllen. Die Forscher fanden nämlich heraus, dass unterschiedliche Histon-Modifikationen notwendig sind, um diese Gene zu aktivieren.

DNA-Moleküle sind sehr lang. Damit die DNA überhaupt in den Zellkern hineinpasst, wird sie um bestimmte Verpackungsproteine, die Histone, gewickelt und dabei um das rund 10 000- bis 50 000-fache verkürzt. 147 Basenpaare lange DNA-Abschnitte umschlingen jeweils einen Komplex aus 8 Histonen und bilden so zusammen mit weiteren Proteinen das Baumaterial der Chromosomen.

Neben ihrer Funktion als Verpackungsmaterial haben die Histone aber noch weitere Aufgaben. So können sie an verschiedenen Stellen mit kleinen Anhängseln wie Acetyl- oder Phosphatgruppen versehen werden.

Solche Modifikationen können zum Beispiel zu einer "Entpackung" des Chromatins führen und damit das Ablesen der genetischen Information einleiten. Andere Anhängsel dagegen dienen der Bindung bestimmter Proteine, über welche die Aktivität der DNA reguliert werden kann.

Abstract der Studie: "Histone modification levels are predictive for gene expression"

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