Montag, 6. April 2020
Navigation öffnen

Medizin

10. Februar 2020 Epigenetik: Muster der Vererbung

Ein internationales Team um den LMU-Molekularbiologen Axel Imhof hat die Etablierung genetischer Markierungen nach der Zellteilung modelliert. Die Erkenntnisse erlauben erstmals einen tieferen Einblick in der Vererbung epigenetischer Histon-Modifikationen.
Anzeige:
Der genetische Code ist nicht alles. In jeder Zelle gibt es auch eine Art Schaltplan, der festlegt, wann und wie genetische Bausteine in einer Zelle genutzt werden. Diese Genexpressionsmuster führen zum Beispiel dazu, dass eine Nervenzelle eine Nervenzelle und eine Muskelzelle eine Muskelzelle bleibt. Forscher nennen dieses Phänomen, dass unterschiedliche Zellen trotz identischer genetischer Information verschiedene Funktionen übernehmen, „Epigenetik“. Bislang wird die Vererbung epigenetischer Schaltpläne im Gegensatz zur Weitergabe genetischer Information während der Zellteilung nur sehr schlecht verstanden. Ein Team um den Molekularbiologen Axel Imhof vom Biomedizinischen Centrum der LMU hat nun gemeinsam mit Arbeitsgruppen aus Dänemark und dem Helmholtz Zentrum München die Etablierung genetischer Markierungen nach der Zellteilung modelliert. Die Erkenntnisse erlauben erstmals einen tieferen Einblick in der Vererbung epigenetischer Histon-Modifikationen.

Methylierungen am Histon H3

Der Aktivitätszustand eines Gens wird zu einem großen Teil durch die Verpackung der DNA im Chromatin bestimmt, einem Komplex aus DNA und umgebenden Proteinen, vorwiegend Histonen. Modifikationen von Histonen modulieren die Zugänglichkeit der DNA im Chromatin, entscheiden also, ob spezialisierte Proteine, die an die DNA binden können, leichter oder schwerer durch die Verpackung dringen. Um die zelluläre Identität aufrechtzuerhalten, ist es daher wichtig, dass bestimmte Chromatinzustände während der Zellvermehrung erhalten bleiben.
Imhofs Gruppe hat sich in der aktuellen Arbeit gezielt das Verhalten von 2 unterschiedlich wirksamen Methylierungen am Histon H3 angeschaut, genannt K27me und K36me. K27me befindet sich häufig in inaktiven Gen-Regionen während K36me oft in aktiven Bereichen des Genoms zu finden ist. Bei einer Methylierung wird eine Methylgruppe (CH3) von einem Molekül auf ein anderes übertragen, dadurch verändert sich die Verpackung des Chromatins.

Modifikation bei der Zellteilung

Die zentrale Frage der Forscher war nun, was mit diesen Modifikationen bei der Zellteilung passiert. Prinzipiell verdoppelt eine Zelle dabei ihre DNA. Um diese auch verpacken zu können, müssen neue Histone gebildet werden. Diese tragen jedoch noch keine Modifikation. Entscheidend für den Erhalt der epigenetischen Information sind also Mechanismen, die die neuen Histone das alte Modifikationsmuster annehmen lassen.
Die Arbeit war auch experimentell überaus anspruchsvoll. Die Forscher markierten neugebildete Histone mit Hilfe schwerer, nicht radioaktiver Moleküle und konnten sie so mit Hilfe hochauflösender Massenspektrometer von den alten Histonen unterscheiden. So ließen sich bei der Zellteilung 2 aufeinander folgende Generationen von Histonmolekülen markieren.

Unterschiedliche Bereiche mit definierten Methylierungszuständen

Die beobachtete Bildung der verschiedenen Muster war äußerst komplex. Um diese zu verstehen, formulierten die Forscher zunächst 2 Modelle zur Vererbung epigenetischer Histon-Modfikationen und verwendeten anschließend ein Computer-basiertes Modellierungsverfahren, um die dynamische Bildung der experimentell beobachteten Modifikationsmuster zu erklären. Theoretisch können sich nämlich am Histon H3 an den Positionen K27 und K36 aufgrund von Mono-, Di- und Trimethylierung insgesamt 16 verschiedene Isoformen des H3-Moleküls ergeben. „Wir konnten zeigen, dass sich die Bildung der beiden antagonistisch wirkenden Modifikationen K27me und K36me in Zellen gegenseitig beeinflussen“, sagt mhof. „Die tatsächlich beobachteten spezifischen Muster scheinen sich dadurch zu ergeben, dass es im Genom unterschiedliche Bereiche mit definierten Methylierungszuständen gibt, sogenannte Domänen.“ Überaus überraschend war zudem, dass die Forscher bei sich schnell teilenden Zellen wie den embryonalen Stammzellen keine signifikante Demethylierung beobachten konnten. Die genauen Vorgänge wollen die Forscher nun genauer untersuchen und molekular beschreiben.

Epidrugs

Die Wissenschaftler hoffen, künftig auch schneller Störungen im epigenetischen Zustand von Zellen erkennen zu können. Bei Tumoren etwa sind offenbar einzelne Enzyme mutiert, die bei der epigenetischen Vererbung eine Rolle spielen. Die für die Zellteilung verantwortlichen Gene sind dort dann wieder aktiv. „Derzeit wird intensiv an der Entwicklung von Epidrugs geforscht, die die Aktivität dieser Enzyme modulieren können“, sagt Imhof.

Quelle: Ludwig-Maximilians-Universität München


Das könnte Sie auch interessieren

App FURDY hilft, kommunikative Barrieren zu überwinden und kognitive Fähigkeiten zu fördern

App FURDY hilft, kommunikative Barrieren zu überwinden und kognitive Fähigkeiten zu fördern
© Christoph Noll (TAU)

Zum 11-jährigen Jubiläum des Masterstudiengangs Barrierefreie Systeme (BaSys) unter dem Motto „Eine Dekade BaSys 10+“ lädt die Frankfurt University of Applied Sciences (Frankfurt UAS) alle Interessierten ein, über eine inklusive Welt zu diskutieren. Erwartet werden dazu am 22. November 2016 Gäste aus Politik, Wirtschaft und Gesellschaft sowie Vertreter/-innen verschiedener Interessenverbände, Studieninteressierte und Alumni. Auch Absolvent Benjamin Göddel wird vor Ort seine App FURDY präsentieren, die er entwickelt hat, um Autisten und...

Wie ändert sich die Wahrnehmung im Alter?

Wie ändert sich die Wahrnehmung im Alter?
© Universitätsklinikum Jena / fotolia.com

Im Gedächtniszentrum am Universitätsklinikum Jena untersuchen und behandeln Ärzte, Neuropsychologen und Ergotherapeuten Patienten mit dem Verdacht einer beginnenden Demenzerkrankung. Sie erforschen, wie sich Wahrnehmung und Aufmerksamkeit im Alter verändern und worin sich diese Veränderungen beim gesunden Altern und der beginnenden Demenz unterscheiden. Ihr Ziel ist die frühzeitige Identifikation von Patienten mit einem erhöhten Risiko für eine Demenz, um deren Entwicklung bestmöglich entgegen wirken zu können.

Arzneimittelbehörden rufen weltweit zur verstärkten Meldung von Nebenwirkungen auf

Arzneimittelbehörden rufen weltweit zur verstärkten Meldung von Nebenwirkungen auf
© nmann77 / fotolia.com

In einer gemeinsamen Kampagne fordern derzeit Arzneimittelbehörden weltweit Patientinnen und Patienten dazu auf, ihnen verstärkt Verdachtsfälle von Nebenwirkungen zu melden. Ein besonderer Fokus liegt in diesem Jahr auf dem Appell, Verdachtsfälle von Nebenwirkungen bei Kindern zu melden. Weitere Zielgruppen sind Schwangere sowie stillende Frauen, die eine sichere Anwendung von Arzneimitteln sowie die Meldung möglicher Nebenwirkungen sensibilisiert werden sollen. In Deutschland werden diese Meldungen durch das Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte...

Rückenfit an der frischen Luft

Rückenfit an der frischen Luft
© AGR/BdR

Zum 17. Mal findet am 15. März 2018 der Tag der Rückengesundheit statt. Das diesjährige Motto „Rückenfit an der frischen Luft“ möchte dazu motivieren, sich mehr in der Natur zu bewegen und sportliche Aktivitäten im Freien zu genießen. Frische Luft belebt Körper und Geist und Tageslicht sorgt zusätzlich für gute Laune. Initiiert und organisiert wird der Aktionstag von der Aktion Gesunder Rücken (AGR) e. V. und dem Bundesverband deutscher Rückenschulen (BdR) e. V. Rund um den 15. März finden bundesweit zahlreiche...

Lückenschluss zwischen ambulanter und stationärer Versorgung

Lückenschluss zwischen ambulanter und stationärer Versorgung
© upixa - stock.adobe.com

Das Universitätsklinikum Leipzig (UKL) erweitert sein Angebot für Patienten mit chronischen Schmerzen durch die Eröffnung einer neuen Schmerztagesklinik. Die Patienten kommen jeden Morgen zur Behandlung und erhalten nach einem individuellen Behandlungsplan ihre Therapien. In Seminaren erfahren sie Wissenswertes über krankheits- und schmerzbezogene Themen. Am Nachmittag gehen die Patienten dann wieder nach Hause. Sie bleiben somit in ihrem häuslichen Umfeld integriert – mit allen Aufgaben und Belastungen – und können beispielsweise ihre...

Sie können folgenden Inhalt einem Kollegen empfehlen:

"Epigenetik: Muster der Vererbung"

Bitte tragen Sie auch die Absenderdaten vollständig ein, damit Sie der Empfänger erkennen kann.

Die mit (*) gekennzeichneten Angaben müssen eingetragen werden!

Die Verwendung Ihrer Daten für den Newsletter können Sie jederzeit mit Wirkung für die Zukunft gegenüber der rsmedia GmbH widersprechen ohne dass Kosten entstehen. Nutzen Sie hierfür etwaige Abmeldelinks im Newsletter oder schreiben Sie eine E-Mail an: info[at]rsmedia-verlag.de.


Cookies

Diese Webseite benutzt Cookies, um den Nutzern das beste Webseiten-Erlebnis zu ermöglichen. Ausserdem werden teilweise auch Cookies von Diensten Dritter gesetzt. Weitere Informationen erhalten Sie in den Allgemeine Geschäftsbedingungen und in den Datenschutzrichtlinien.

Verstanden