Epigenetik

Landkarten für das Erbgut

Die DNA-Methylierung ist ein epigenetischer Mechanismus, um die Transkription zu unterdrücken (Silencing). Bild vergrößern
Die DNA-Methylierung ist ein epigenetischer Mechanismus, um die Transkription zu unterdrücken (Silencing).

In allererster Linie ist die DNA-Methylierung allerdings wieder ein Schutzmechanismus des Genoms, weil auf diese Weise genetische Eindringlinge "stumm geschaltet" werden können. Zerstört man die Methylierung experimentell, beispielsweise in embryonalen Stammzellen durch Ausschalten eines spezifischen Enzyms, so werden zahlreiche invasive Elemente wieder aktiviert und die Mutationsrate der Zellen schnellt nach oben. Solche Experimente werfen die Frage auf, ob epigenetische Änderungen möglicherweise das genetische Chaos beschleunigen, ja vielleicht sogar in Gang setzen, das mit Krebserkrankungen einhergeht.

Tumorzellen tragen nämlich oft zu wenige Methylgruppen am Genom insgesamt, an bestimmten Stellen jedoch wiederum zu viele. Gene für wichtige Reparaturenzyme oder Schutzmechanismen werden so epigenetisch ausgeschaltet. Möglicherweise ergeben sich daraus aber auch Chancen für neue Ansätze in der Krebstherapie. Während Zellen ihre DNA mit hohem Aufwand vor Mutationen schützen, werden epigenetische Markierungen nämlich ständig neu gesetzt oder entfernt. Im Prinzip ließen sich daher Medikamente entwickeln, die ganze Gruppen von Genen über epigenetische Effekte wieder an- oder abschalten.

Dazu benötigen die Forscher jedoch eine "epigenetische Landkarte" des menschlichen Erbguts. Wissenschaftler um Christoph Bock vom Max-Planck-Institut für Informatik in Saarbrücken haben deshalb eine Software entwickelt, mit der sie die Verteilung der Methylgruppen im Erbgut von Zellen vorhersagen können. Dabei hilft ihnen die Tatsache, dass bei Wirbeltieren die DNA-Methylierung auf Cytosin-Bausteine in Bereichen mit einem deutlich erhöhten Anteil von Cytosin-Guanin-Sequenzen beschränkt ist. Diese sind sehr ungleich im Genom verteilt: Sie konzentrieren sich mit einer im Vergleich zum Durchschnitt 10 bis 20fach höheren Dichte in bestimmten Abschnitten von 1000 bis 2000 Nucleotiden Länge, den sogenannte CpG-Inseln. Mehr als drei Viertel aller menschlichen Gene haben CpG-Inseln in ihren Startbereichen. Eine Veränderung innerhalb dieser Inseln kann dazu führen, dass das zugehörige Gen nicht mehr abgelesen wird. Durch den Vergleich der DNA-Methylierungsmuster von gesunden Zellen mit denen von Krebszellen, wollen die Max-Planck-Informatiker jene Muster identifizieren, die für Krebszellen typisch sind. Damit könnten sie nicht nur Mediziner bei der Diagnose unterstützen, sondern möglicherweise auch neue Angriffsstellen für Medikamente entdecken.

Ein weiterer wichtiger Aspekt der DNA-Methylierung ist, dass sie während der DNA-Replikation, d.h. bei der Verdoppelung der Chromosomen in der teilungsbereiten Zelle, originalgetreu kopiert werden kann. Epigenetische Informationen können also von einer Zellgeneration an die nächste weitergegeben werden. Und was bedeutet das? In einem Beitrag des BBC-Fernsehens hieß es dazu: „Im Herzen dieses neuen Forschungsfeldes steckt eine einfache, aber umstrittene Idee – dass Gene nämlich ein "Gedächtnis" haben. Dass das Leben deiner Großeltern – die Luft, die sie geatmet habe, das Essen, das sie gegessen haben – dich direkt beeinflusst, und zwar noch Jahrzehnte später, obwohl du selber diese Dinge nie erfahren hast.“ Das ist wirklich ein Paradigmenwechsel!

BIOMAX Ausgabe 23, Herbst 2008; Autorin: Christina Beck

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