Adenin-DNA-Methylierung: Komplexe Epigenetik von Einzellern entdeckt

Der epigenetische Code mancher eukaryotischer Einzeller ist offenbar komplexer als der von mehrzelligen Organismen: Sie können sowohl Adenin- als auch Cytosin-Basen ihrer DNA methylieren. Das könnte neue Therapieansätze im Kampf gegen einzellige Parasiten bieten.

Die DNA-Methylierung der Cytosin-Base (5mC) spielt in vielzelligen Organismen eine wichtige Rolle, auch bei Erkrankungen wie Krebs und Alterungsprozessen. Im Gegensatz dazu sind die Existenz und Funktion von N⁶-Methyladenin (6mA) in Eukaryoten umstritten und widersprüchliche Berichte auf methodische Artefakte zurückzuführen.

In eher „primitiven“ Einzellern sieht das anders aus, wie eine neue Studie nun belegt. Ein Forschungsteam der Queen Mary University of London (Großbritannien) konnte zeigen, dass in manchen Einzellern, darunter Ciliaten, früh abzweigenden Pilzen und der Alge Chlamydomonas, sowohl Adenin als auch Cytosin methyliert sind. Das deutet darauf hin, dass diese Einzeller in mancher Hinsicht komplexer sind als ihre vielzelligen Verwandten.

Methyliertes Adenin mit Transkriptionsaktivierung assoziiert

Die Forschenden untersuchten die 6mA-Muster in 18 einzelligen Eukaryoten mittels der Oxford-Nanopore-Sequenzierung. Ausgeprägte 6mA-Signale fanden sie dabei nur in solchen Arten, die die Adenin-Methyltransferase AMT1 besitzen. „Diese Entdeckung zeigt, dass einige einzellige Eukaryoten komplexere DNA-Methylierungssysteme besitzen als vielzellige Organismen. Damit wird die Annahme widerlegt, dass die molekulare Komplexität mit der Komplexität des Organismus zunimmt“, erklärt Studienleiter Dr. Alex de Mendoza.

Das Team fand außerdem heraus, dass die Adenin-Methylierung bei vielen dieser Einzeller entscheidend dafür ist, welche Gene aktiv sind. Während 5mC überwiegend mit einer Transkriptionsrepression verbunden ist, reichert sich 6mA stets stromabwärts von Transkriptionsstartstellen an, zwischen H3K4me3-markierten Nukleosomen. Das deutet nach Ansicht der Wissenschaftler auf eine konservierte Assoziation mit der Transkriptionsaktivierung hin.

Insgesamt legen die Ergebnisse nahe, dass der letzte gemeinsame Vorfahre der Eukaryoten über ein duales Methylierungssystem verfügte. Doch die Forschenden erhoffen sich von ihren Erkenntnissen noch mehr: „Neben den evolutionären Implikationen eröffnen diese Beobachtungen auch neue Möglichkeiten zur Bekämpfung von Parasiten. Sie bieten potenzielle Ansätze für die Entwicklung von Medikamenten gegen Krankheiten, die durch Protisten wie Trichomonas, Blastocystis oder die sogenannte ‚hirnfressende Amöbe‘ verursacht werden.“

(mkl/BIERMANN)