Junk-DNA enthält vier Millionen Gen-Schalter

Die vermeintlich nutzlose „Junk-DNA“ in unserem Erbgut ist in Wirklichkeit ein gewaltiges Steuerpult: Sie enthält Millionen molekularer Schalter, die unsere Gene nach Bedarf an und abschalten können. Das hat ein internationales Team aus hunderten von Wissenschaftlern herausgefunden. Es sei zwar bereits bekannt gewesen, dass die proteinkodierenden Gene nur zwei Prozent der DNA ausmachen und zumindest Teile der restlichen Abschnitte zur Kontrolle dieser Gene dienen. Jedoch habe man nicht damit gerechnet, dass auch die 80 Prozent des Erbguts, die man lange Zeit für funktionslosen DNA-Müll gehalten hatte, so aktiv an Körperfunktionen mitwirken, berichten die Forscher im Fachmagazin „Nature“.

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Ihre detaillierte Karte über die Funktionen des Genoms enthüllt dabei insgesamt rund vier Millionen Schalter, die bestimmte Gene ein- und ausknipsen können. Da diese auch bei Krankheiten wie Krebs der Diabetes eine Rolle spielten, könnten völlig neue Behandlungsformen mithilfe ihrer Erkenntnisse entwickelt werden, sagen die Forscher.

Nur zwei Prozent des menschlichen Erbguts enthält Bauanleitungen für Proteine, welche die Körperfunktionen steuern. „Wieso die Evolution abgesehen von diesen Gensequenzen Unmengen an nutzloser DNA erhalten hat, war lange ein Mysterium“, schreiben Ewan Birney, der leitende Koordinator des Encyclopedia of DNA Elements Projekts (ENCODE) und seine Kollegen. Doch schon erste ENCODE Pilot-Projekte vor mehr als fünf Jahren hätten angedeutet, dass die ehemals als Junk-DNA oder DNA-Müll bezeichneten Sequenzen keineswegs funktionslos seien.

Damals habe man nur ein Prozent des Erbguts untersucht und noch bezweifelt, ob es technisch überhaupt möglich sei, die Funktion aller Teile des Genoms zu identifizieren, schreiben die Wissenschaftler. Mithilfe neuer Technologien und erhöhter Rechenkapazitäten der Computer konnte die DNA-Sequenzierung inzwischen jedoch erheblich beschleunigt werden. Für ihre aktuelle Studie haben die Forscher rund drei Milliarden Genbuchstaben analysiert und Erbgut-Daten von 147 verschiedenen Zelltypen ausgewertet. Ihre Erkenntnisse daraus haben sie in insgesamt 30 Artikeln veröffentlicht, die nun in den Fachmagazinen „Nature“, „Genome Biology“ und „Genome Research“ erschienen sind.

80 Prozent des menschlichen Genoms sind aktiv

„Unser Genom ist ganz offensichtlich nur lebendig mithilfe von Schaltern: Millionen von Abschnitten, die bestimmen, ob Gene an- oder ausgeschaltet sind“, fasst Birney die Ergebnisse des ENCODE-Projekts zusammen. Insgesamt identifizierten die Forscher vier Millionen solcher Gen-Schalter, die sie in einer detaillierten Karte eintrugen. „Wir beginnen nicht nur zu verstehen wo bestimmte Gene liegen, sondern auch welche Sequenzen diese kontrollieren“, sagt Co-Autor Michael Snyder von der Stanford University. Dabei zeigten die neuen Daten, dass solche Kontrollschalter oft unerwartet weit weg von dem Gen liegen, das sie steuern. Aufgrund der komplexen dreidimensionalen Form des Erbguts könnten sich die Stränge jedoch umeinander winden, um in Kontakt zu treten, erklären die Wissenschaftler.

Die Fehlsteuerung der Gene könnte viele Krankheiten auslösen

Das Wissen über das komplexe Zusammenwirken von Genen und ihren Schaltmechanismen sei dabei essentiell für die Erforschung vieler Krankheiten, schreiben die Forscher. Denn in Studien weltweit wurden bereits tausende DNA-Varianten mit Volksleiden wie Diabetes oder Krebs in Verbindung gebracht. Ein kausaler Zusammenhang war jedoch meist nicht nachzuweisen, da viele dieser Sequenzen außerhalb der bereits gut erforschten Gen-Abschnitte lagen. Die Erkenntnisse des ENCODE-Projekts zeigten nun, dass in den meisten dieser Fälle die Gen-steuernden Sequenzen und nicht die Gene selbst mitunter Auslöser der Krankheiten sind. Um die genetischen Ursachen im Detail zu verstehen und neue Behandlungsformen zu entwickeln, müssten jedoch weitere Untersuchungen des für die jeweilige Krankheit relevanten Zellgewebes folgen, sagen die Forscher. (doi: 10.1038/nature11247)

(Nature, 06.09.2012 – ILR)