Wie Gene gezielt abgeschaltet werden

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Mit hochkomplexen Regulations-
mechanismen stellt die Zelle sicher,
dass nicht alle Gene gleichzeitig
gelesen werden;©DKFZ

Entscheidende Mitspieler sind regulatorische RNA-Moleküle. Deren Sequenz passt genau zum Erbgutbereich, der markiert werden soll. RNA und DNA bilden an dieser Stelle eine zopfartige Dreifach-Helix, die als Wegweiser für die Markierungen dient.
Unser Erbgut gleicht einem Kochbuch: Die Zelle liest diejenigen Rezepte, die gerade zubereitet werden sollen. Die Kochrezepte entsprechen den Genen. „Lesen“ im Buch der Zelle bedeutet, von einzelnen Genen RNA-Abschriften zu fertigen, die dann in Proteine übersetzt werden.

Mit hochkomplexen Regulationsmechanismen stellt die Zelle sicher, dass nicht alle Gene gleichzeitig gelesen werden: Bestimmte Genschalter müssen aktiviert werden, zusätzlich bestimmen chemische Markierungen an der DNA, welche Gene in RNA umgeschrieben werden sollen und welche dagegen unzugänglich. Biologen bezeichnen dies als epigenetische Genregulation.

Zu den gut untersuchten epigenetischen Mechanismen gehört, Gene mit Methylverbindungen stillzulegen. Das erledigen spezialisierte Enzyme, Methyltransferasen, die an bestimme „Buchstaben“ der Gene Methylmarkierungen anheften und damit das ganze Gen unzugänglich machen. „Eines der großen Rätsel der modernen Molekularbiologie ist: Woher wissen die Methyltransferasen, wo sie ihre Markierung anbringen müssen, um gezielt ein bestimmtes Gen zu inaktivieren?“, so Professor Ingrid Grummt.

Die Wissenschaftlerin ist der Lösung des Rätsels einen großen Schritt näher gekommen. Sie erforscht solche Textpassagen im Erbgut, die gar keine Rezepte enthalten. Trotzdem werden diese Texte auf kontrollierte Weise in RNA-Moleküle umgeschrieben. „Diese sogenannten nicht-kodierenden RNAs enthalten keine Proteinrezepte. Sie sind wichtige Regulatoren in der Zelle, die wir gerade erst zu verstehen beginnen“, so Grummt.

Grummt und Mitarbeiter bewiesen nun erstmals, dass die epigenetische Regulation und die Steuerung durch nichtkodierende RNAs ineinandergreifen. Schleusen sie das nichtkodierende RNA-Molekül „pRNA“ künstlich in Zellen ein, so wird ein bestimmter Genschalter mit Methylmarkierungen versehen und die dahinter liegenden Gene werden nicht abgelesen. Der Trick: pRNA passt komplementär zur DNA-Sequenz dieses Genschalters. Die Forscher fanden heraus, dass pRNA mit den beiden DNA-Strängen im Bereich dieses Genschalters eine Dreifach-Helix bildet. Methyltransferasen wiederum können spezifisch an diesen „Zopf“ andocken und werden dadurch genau an die Stelle dirigiert, wo ein Gen blockiert werden soll.

Über die Hälfte unseres Erbguts wird in nichtkodierende RNA-Moleküle überschrieben. Das lässt Grummt spekulieren: „Es ist durchaus denkbar, dass für alle Gene, die zeitweise stillgelegt werden, passgenaue nichtkodierende RNA-Moleküle vorhanden sind. Das würde erklären, wie eine solche Vielzahl an Genen gezielt an- und abgeschaltet werden kann.

MEDICA.de; Quelle: Deutsches Krebsforschungszentrum