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News: Die Verpackung macht's

Dass die DNA für den Aufbau von Proteinen die richtige Information liefert, hängt nicht nur von der korrekten Abfolge der Basen, den Bausteinen des Erbguts, ab. Für das richtige Funktionieren des Erbguts in unterschiedlichen Zellen ist auch ihre 'Verpackung' verantwortlich. Wissenschaftler entdeckten mit einem spezifischen Methyltransferase-Enzym, das bei Hefepilzen, Mäusen und beim Menschen gleichermaßen vorkommt, den dritten Bestandteil des so genannten Histon-Codes. Er reguliert die Verpackung der DNA im Zellkern.
"Man kann das Erbgut – beim Menschen auf 23 Chromosomenpaaren, bei der Maus auf 20 Chromosomen – mit einer Bibliothek aus 20 oder 23 Büchern vergleichen. Es ist in jeder Zelle in gleichem Umfang und Inhalt enthalten. Aber es macht einen Unterschied, ob in einer bestimmten Art von Zellen nur das sechste Buch abgelesen wird, in einer anderen Zellart aber das erste", erklärt Thomas Jenuwein vom Institut für Molekulare Pathologie in Wien (Nature vom 10. August 2000).

Beim Ablesen der Erbsubstanz im Rahmen der verschiedensten Stoffwechselvorgänge von Zellen besorgen diese Gewichtung offenbar Enzyme, die auf die so genannten Histone einwirken und sie verändern. Die Histone kann man sich als Eiweiß-Kugeln vorstellen, auf denen die DNA aufgerollt ist. Sie verpacken die Erbsubstanz ausreichend dicht, sodass sie in den Zellkern überhaupt hinein passt und ihre verschiedenen Funktionen erfüllen kann.

"Zunächst hat man als erstes dieser Enzyme im Jahr 1996 eine Histonacetyltransferase entdeckt. Mittlerweile kennt man schon mehr als 100 solcher Enzyme", sagt Jenuwein. Acetyltransferasen hängen an die Histone kleine Molekülgruppen an, so genannte Acetylreste. Grundsätzlich werden durch solche Vorgänge die Verpackungen der DNA geöffnet. Die enthaltenen Informationen können daher besser abgelesen und die enthaltenen Gene aktiviert werden. In weiterer Folge wurden dann als zweite Enzymgruppe so genannte Kinasen, die Phosphotransferasen, entdeckt, welche auf die Histone wirken. Sie hängen an die Trägereiweiße für die DNA Phosphatreste an. Den dritten Bestandteil dieses "Histon-Codes", der für die Gewichtung und für die Aktivierung unterschiedlicher DNA-Abschnitte verantwortlich sein dürfte, hat die Forschungsgruppe jetzt in der Form einer Methyltransferase entdeckt. "Generell kann man sagen, dass Methyltransferasen zu einer Verdichtung der Verpackung der DNA führen", meint Jenuwein. Das bedeutet, dass dabei das Erbgut an Stellen der DNA, an der diese Enzyme wirken, "geschützt" bzw. schwer abgelesen und somit kaum aktiviert werden kann.

Diese Vorgänge sind für den Ablauf bestimmter Vorgänge buchstäblich lebenswichtig. "In Experimenten an Mäusen konnten wir zeigen, dass eine Methyltransferase am stärksten während der Spermien-Entwicklung wirksam ist", erzählt Jenuwein. Bei der Entstehung von Spermien muss ja die DNA ganz dicht verpackt werden, um in den winzigen Spermienkopf zu passen. "Man könnte also die Überlegung anstellen, ob man durch die Entwicklung eines Medikaments, das die Methyltransferase blockiert, eine Form der Kontrazeption für den Mann entwickeln könnte", ergänzt er. Könnte man die Erbsubstanz durch Medikamente stärker stabilisieren, würde das nach Ansicht der Forscher auch theoretisch eine Möglichkeit zur Chemoprophylaxe gegen Krebs möglich machen. Instabilitäten der Chromosomen und der Erbsubstanz können nämlich die Entstehung von bösartigen Zellen fördern. "Wir haben Knock-out-Mäuse gezüchtet, die kein Methyltransferase-Gen besitzen. Bei ihnen haben wir die Bildung verschiedener Krebstumoren beobachten können", sagt Jenuwein. Das stellt die Brücke der wissenschaftlichen Arbeit zur Krebsforschung dar. Gestörte Teilungsvorgänge von Zellen werden ja als Teil der Entstehungsgeschichte von Krebszellen vermutet und sind bei solchen Prozessen bereits nachgewiesen worden.

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