Neue Sicht auf die Steuerung unserer Gene

Forschende aus Magdeburg und Jena hinterfragen auf Grundlage aktueller Erkenntnisse ein seit Jahrzehnten verbreitetes Modell der Genregulation.

Wie Gene im menschlichen Erbgut gesteuert werden, ist eine zentrale Frage der modernen Medizin. Fehler in diesen Prozessen können zur Entstehung von Krankheiten beitragen – etwa bei Krebs oder bei altersbedingten Veränderungen von Zellen. Zwei Forscher haben nun ein seit Jahrzehnten verbreitetes Modell der Genregulation infrage gestellt. Die beiden sind am Institut für Biochemie und Zellbiologie der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg bzw. am Leibniz-Institut für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena tätig.

In einem Artikel in der Fachzeitschrift „Nature Genetics“ kommen sie zu dem Schluss, dass sich Gene im menschlichen Erbgut vermutlich deutlich seltener gegenseitig behindern als lange angenommen. Die Wissenschaftler schlagen deshalb eine Neubewertung vor.

Wenn Gene aufeinander zulaufen

Im menschlichen Erbgut kann es vorkommen, dass zwei Promoten einander gegenüberliegen, man spricht von konvergenten Promotoren. Dann laufen die Transkriptionsprozesse gewissermaßen aufeinander zu. Lange stellten sich Forschende dies wie zwei große Fahrzeuge auf einer engen Straße vor: Früher oder später müsste eines anhalten. Man spricht dabei von dem Modell der Transkriptionsinterferenz – also der Annahme, dass sich zwei Ableseprozesse gegenseitig behindern können, wenn sie auf überlappenden Abschnitten der DNA aufeinandertreffen.

„Dieses Bild hat unser Verständnis der Genregulation über viele Jahre geprägt“, sagt Prof. Martin Fischer, Direktor des Instituts für Biochemie und Zellbiologie Magdeburg. „Unsere Auswertung neuer genomweiter Studien zeigt jedoch, dass solche Konflikte im menschlichen Genom deutlich seltener messbar sind als lange angenommen.“ Auf Grundlage früherer Arbeiten des Forschungsteams zu konvergenten Promotoren und unter Einbeziehung mehrerer aktueller Studien mit großen Datensätzen schlagen die Forschenden nun eine Neubewertung des bisherigen Modells vor.

„Die Abläufe an der DNA sind viel dynamischer, als wir lange angenommen haben“, sagt Fischer. „Eine mögliche Erklärung: Proteine binden häufig nur kurzzeitig an das Erbgut und lösen sich wieder. Diese schnellen Veränderungen laufen auf ähnlichen Zeitskalen ab wie mögliche kurze Unterbrechungen durch kollidierende Ableseprozesse. Dadurch können potenzielle Störungen oft unmittelbar ausgeglichen werden. Diese Dynamik könnte erklären, warum sich mögliche Konflikte zwischen Ableseprozessen in vielen Fällen kaum nachweisen lassen.“

Bedeutung für die medizinische Forschung

Ein besseres Verständnis der Gensteuerung ist für viele Bereiche der Medizin wichtig. Die Arbeit lenkt den Blick stärker auf die zeitliche Dynamik der Genregulation. Künftige Studien müssen daher genauer untersuchen, warum manche Bereiche des Genoms empfindlich auf solche Störungen reagieren, während andere offenbar weitgehend unempfindlich bleiben.

„Unsere Untersuchung zeigt, dass wir einige Modelle der Genregulation noch einmal kritisch prüfen müssen“, sagt Fischer. „Wenn wir genauer verstehen, wie Gene in einer Zelle reguliert werden, können wir auch besser einschätzen, an welchen Stellen Veränderungen mit Krankheiten zusammenhängen.“

Die Autoren betonen, dass dafür künftig verstärkt Methoden benötigt werden, die genetische Prozesse über kurze Zeiträume und in einzelnen Zellen beobachten können. Solche Untersuchungen könnten neue Einblicke in die grundlegenden Mechanismen der Genregulation liefern.