Die 3D-Struktur des Genoms bestimmt, ob und wie Gene exprimiert werden

Schematisches Strukturmodell der DNA. (Wikipedia / User: Michael Ströck / CC BY-SA 3.0)
Schematisches Strukturmodell der DNA. (Wikipedia / User: Michael Ströck / CC BY-SA 3.0)

Wissenschaftler aus Australien und den Vereinigten Staaten liefern uns neue Einblicke für unser Verständnis über die dreidimensionale Struktur des Genoms – eine der größten Herausforderungen, die die Gebiete der Genomik und der Genetik heutzutage noch haben. Ihre Forschungsergebnisse wurden gestern online im Journal Nature Genetics veröffentlicht.

Ungefähr drei Meter DNA liegen eng gefaltet im Kern jeder Zelle unseres Körpers. Diese Faltung gestattet es einigen Genen, aktiviert oder “exprimiert” zu sein, während sie andere davon ausschließt. Dr. Tim Mercer und Professor John Mattick vom Garvan Institute of Medical Research in Sydney und Professor John Stamatoyannopoulos von der University of Washington in Seattle untersuchten die 3D-Struktur des Genoms mit Hilfe hochauflösender Methoden.

Gene bestehen aus “Exons” [von engl. expressed region; Anm. d. Red.] und “Introns” [von engl. intragenic regions; Anm. d. Red.] – erstere sind die Protein-kodierenden Sequenzen und damit exprimiert. Introns sind Stücke von nicht-kodierender DNA dazwischen. Wenn die Gene von DNA nach RNA kopiert oder transkribiert werden, werden die Intron-Sequenzen herausgeschnitten oder herausgespleißt [engl. “splice out”] und die verbleibenden Exons werden aneinandergereiht, um eine Sequenz zu formen, die ein Protein kodiert. Abhängig davon, welche Exons zusammengehängt werden, kann dasselbe Gen unterschiedliche Proteine bilden.

Unter Verwendung riesiger Datenmengen aus dem ENCODE-Projekt haben Dr. Tim Mercer und seine Kollegen Rückschlüsse auf die Faltung des Genoms gezogen und fanden heraus, dass selbst innerhalb eines Gens bestimmte Exons bequem erreichbar freiliegen.

“Man muss sich eine lange und sehr verwickelte Weinrebe vorstellen, bei der ihre verschlungenen Zweige einige Trauben zum einfachen Pflücken darbieten, während sie andere außer Reichweite verbirgt”, so Dr. Mercer. “Gleichzeitig stelle man sich einen faulen Winzer vor, der nur die Früchte pflückt, die er leicht erreichen kann.”

“Die selben Prinzipien lassen sich auch auf das Genom anwenden. Bestimmte Gene und sogar bestimmte Exons sind durch die Faltung leicht zu erreichen. In den letzten Jahren haben wir damit begonnen auszuwerten, wie die Faltung des Genoms dabei hilft festzulegen, wie es exprimiert und reguliert wird. Die Studie liefert die ersten Beweise dafür, dass die dreidimensionale Struktur des Genoms das Spleißen der Gene beeinflussen kann.”

“Wir können daraus folgern, dass die Genom-Struktur auf eine bestimmte Weise gefaltet wird, damit die Promoter-Region – die Sequenz, die den Beginn der Transkription eines Gens auslöst – an der Seite eines Exons zu liegen kommt und alle dem Transkriptions-Mechanismus dargeboten werden.”

“Dies unterstützt eine neue Sichtweise auf die Dinge, nämlich dass das Genom eher um den Transkriptions-Mechanismus herum gefaltet wird, als andersherum. Die Gene, die in Kontakt mit dem Transkriptions-Mechanismus kommen, werden transkribiert, während die sich davon weg windenden Teile ignoriert werden.”

Quelle: http://www.garvan.org.au/news-events/news/the-genome2019s-3d-structure-shapes-how-genes-are-expressed.html

(SOM)

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