Die Reparatursysteme der Zelle haben offenbar mehr Funktionen mehr als bisher angenommen: Forscher haben entdeckt, dass ein solches Reparatursystem nicht nur DNA-Schäden repariert, sondern auch dafür sorgt, dass in jedem Zelltyp auch die richtigen Gene aktiv sind. Wie die Wissenschaftler in „Nature“ berichten, korrigiert das System falsche „Lesezeichen“ – die DNA-Anhäge, die abzulesende Gene markieren.
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Jede Zelle besitzt Reparatursysteme, mit denen sie Schäden an der DNA, der Trägerin der Erbinformationen, repariert und somit die genetische Information in korrekter Form erhält. Eine Forschergruppe um Primo Schär, Professor für Molekulare Genetik an der Universität Basel, hat nun bei einem zellulären Reparatursystem eine wichtige Entdeckung gemacht: Statt wie bisher angenommen primär Fehler in der Basenabfolge der DNA zu beseitigen, stabilisiert es zusätzlich eine übergeordnete genetische Ebene.
Ablesemuster der DNA falsch programmiert
Die Vermutung kam den Forschenden bei der Beobachtung von Mäusen, denen eine spezifische Komponente dieser Reparaturmaschine fehlte. Sie starben noch vor der Geburt, obwohl die Zellen den Defekt erwartungsgemäß hätten kompensieren müssen. Die anschließenden Untersuchungen zeigten, dass nicht die DNA-Stabilität beeinträchtigt war, sondern die Ablesemuster der Gene in der Embryonalentwicklung falsch programmiert wurden.
Im Embryonalstadium wird für jeden Zelltyp ein spezifisches Programm von Genen aktiviert, während die Mehrzahl der Gene stillgelegt werden müssen. Zu diesem Zweck wird die DNA in eine kompakte Form gebracht, in der nur die benötigten Gene ablesbar sind. Dies geschieht über Veränderungen an der chemischen Grundstruktur der DNA selbst sowie an Histonproteinen, um die die DNA aufgewickelt ist.
Reparatursystem korrigiert falsche „Lesezeichen“
Wie eine Art «Lesezeichen» markieren solche Modifikationen die Gene, die gelesen werden sollen. Da diese Lesezeichen die Basenabfolge der DNA nicht verändern, jedoch Informationen bezüglich Genaktivität enthalten, die bei der Zellteilung an die Tochterzellen weiter vererbt werden, spricht man von Epigenetik.
Beim Setzen dieser Lesezeichen können jedoch Fehler auftreten, sodass ein benötigtes Gen fälschlicherweise nicht mehr abgelesen werden kann. Die Forschenden haben entdeckt, dass das DNA-Reparatursystem solche Fehler verhindert, indem es falsche Modifikationen an der DNA entfernt und Faktoren koordiniert, welche die korrekten chemischen Gruppen an den Histonen anbringen. Damit sorgt es dafür, dass in jedem Zelltyp konstant die richtigen Gene aktiv sind. (Nature, 2011; doi: 10.1038/nature09672)
(Universität Basel, 01.02.2011 – NPO)
