Wie wird die in der DNA verschlüsselte Information in die Zellfunktion übersetzt? Deutsche Wissenschaftler haben jetzt die Mechanismen identifiziert, mit denen molekulare Maschinen die DNA Sequenz auslesen, um so die Zugänglichkeit der DNA-Information für andere Proteinfaktoren zu regulieren. Ihre Studie ist in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ erschienen.
Grundsätzlich enthalten alle Zellen des menschlichen Körpers die gleiche DNA-Sequenz und damit die identische genetische Information. Die DNA-Sequenz kodiert den Bauplan und enthält die nötige Information zur Bildung und Erhaltung eines Organismus. Jede einzelne Zelle kann dieses „DNA-Buch“ mit all seinen Plänen und „Rezepten“ für die Ausführung spezifischer Funktionen lesen, und so z.B. Muskel-, Leber- oder Hautzellen bilden.
Nukleosomen-Position bestimmt Ablesbarkeit der DNA
Wie aber wählt die einzelne Zelle das passende DNA-Programm aus? Ein wichtiger Schlüsselmechanismus hierbei ist die Verpackung des zwei Meter langen DNA-Fadens in den 100.000-fach kleineren Zellkern, zum so genannten Chromatin. Die negativ geladene DNA ist um kleine, positiv geladene Histon- Proteine gewickelt und bildet so eine Perlenketten-ähnliche Struktur, deren einzelne Perlen Nukleosomen genannt werden.
Die genauen Postitionen der Nukleosomen bestimmen die Zugänglichkeit der DNA für regulatorische Faktoren und damit die Ausprägung der Genexpression. Die Nukleosomen können ihre Position auf der DNA jedoch aktiv verändern. Es handelt sich hierbei um einen dynamischen Vorgang: Unter Energieverbrauch können molekulare Maschinen, die als „Chromatin Remodeling Komplexe“ bezeichnet werden, die Nukleosomen entlang der DNA verschieben oder von dieser entfernen und somit die Organisation der DNA in der Perlenkette verändern.
Übergeordneter „Positionierungs-Code“
In der aktuellen Studie haben Wissenschaftler unter Leitung von Professor Gernot Längst an der Universität Regensburg in Zusammenarbeit mit Karsten Rippe vom Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg (DKFZ) einen Mechanismus entschlüsselt, in dem „Chromatin Remodeling Komplexe“ die DNA-Sequenz auslesen, um Nukleosomen gezielt zu positionieren. Dem genetischen Code übergeordnet scheint es einen weiteren Code zu geben, der die DNA-Sequenz mit der Position der Nukleosomen verbindet.
Da eine menschliche Zelle hunderte verschiedener „Chromatin Remodeling Komplexe“ enthält, und jede dieser Maschinen den vorliegenden Code unterschiedlich interpretiert, könnten diese ein regulatorisches Netzwerk bilden. Innerhalb dieses Netzwerks, bestimmen die lokalen Maschinen die Positionen der Verpackungsproteine und somit die Muster des zellulären Gen- Programms.
Diese Befunde erklären, warum die Chromatin Remodeling Komplexe für DNA-abhängige Prozesse essentiell sind und Mutationen dieser Maschinen häufig mit der Entartung von Zellen assoziiert sind.
(Universität Regensburg, 05.11.2007 – NPO)
