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Epigenetik

Was reguliert die epigenetische Regulation?

Immer wenn Biologen eine komplizierte Frage gelöst haben, wird es komplizierter: Sie kennen nun zwar die Epigenetik, verstehen sie aber noch nicht wirklich.
Veränderte epigenetische Modifikationen bringen die Genregulation durcheinander

Fragen der Genregulation – wer schaltet welche Gene wann an und wieder aus? – sind kompliziert genug, nicht einfacher wird es dann aber zu erklären, wer oder was denn eigentlich die Genregulatoren reguliert. Forscher freuen sich daher seit einigen Jahren überhaupt erklären zu können, wie »epigenetische«, also »jenseits der Gen-Ebene« wirkende Mechanismen die Aktivität von Genen beeinflussen. Ein Beispiel für die Epigenetik ist etwa die DNA-Methylierung, die bestimmte Genbereiche mehr oder weniger stark aktiv werden lässt. Dabei blieb die nahe liegende nächste komplizierte Frage bis dato offen: Wer sagt nun wieder den Regulatoren der Genregulation, wie und wo sie tätig werden sollen? Diesem Problemen haben sich Forscher um Julie Law vom Salk Institute angenommen, die im Fachmagazin »Nature Genetics« ein erstes Zwischenfazit ziehen.

Stärker methylierte DNA-Abschnitte werden weniger häufig abgelesen, welche Genbereiche aber methyliert und damit inaktiver sind, kann dabei von Gewebe zu Gewebe oder in unterschiedlichen Lebensaltern eines Organismus verschieden sein. Bekannt war, dass der Hauptakteur der Zelle bei der Methylierung der DNA, die Polymerase IV, Einsatzbefehle in Form von kurzen siRNA-Molekülen bekommt: Diese beinhalten eine kurze Sequenz, die das Polymerase-Molekül zum Zielort leitet, an dem die DNA-Basen methyliert werden sollen. An Arabidopsis-thaliana-Pflanzen, der Versuchsmaus der Botaniker, haben Law und Kollegen nun untersucht, welche Mechanismen diesen Prozess zum richtigen Zeitpunkt anstoßen.

Im Verdacht hatten die Forscher ein Set von Regulationsproteinen, die Experten als Mitglieder der »CLASSY«-Genfamilie kennen: Alle wirken sie auf die Polymerase IV. Laws Team schaltete nun jeweils unterschiedliche CLASSY-Proteine aus und beobachtete, welche Auswirkungen dies auf das Methylierungsmuster des Genoms hatte. Dabei zeigte sich, dass je nach CLASSY-Proteinausfall unterschiedliche siRNA-Signale verloren gingen – und dann jeweils ein Teil des gesamten Genoms nicht mehr methyliert wurde. Das Ausschalten aller CLASSY-Regulatoren sorgte dafür, dass jegliche Methylierung genomweit ausfiel.

Auch schon ein Teilausfall der CLASSY-Familie hatte aber deutliche Konsequenzen für die Pflanzen, bei denen plötzlich höhere Aktivitäten in sonst inaktiven DNA-Abschnitten stattfanden. Die nächsten Schritte sind nun erst einmal weitere Forschung: Mit der Bestätigung, dass CLASSY-Proteine Regulatoren der epigenetischen Regulatoren sind, ist alleine noch nichts Praktisches anzufangen. In mittelfristiger Zukunft hoffen die Forscher aber einmal epigenetische Defekte besser beheben zu können, die bei Nutzpflanzen etwa Erträge minimieren. An eine medizinische Anwendung beim Menschen liegt dagegen in noch weiter Ferne – immerhin aber unterscheiden sich die epigenetischen Regulationsprozesse bei Pflanzen und Menschen überraschend wenig.

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