Pressemitteilung/News

Proteinsynthese
01.08.2019

Sie machen den Weg frei

Sogenannte Transkriptionsfaktoren lenken die Biosynthese von Eiweißen, indem sie spezifisch Zugänge zu einzelnen DNA-Abschnitten schaffen. Doch was wiederum steuert diese Faktoren? Der Lösung dieses Rätsels sind Wissenschaftler des Helmholtz Zentrums München und der Ludwig-Maximilians-Universität München näher gekommen. Ihre Arbeit wurde in Nucleic Acid Research veröffentlicht.

Gastrula-Stadium mit den Gradienten der Transkriptionsfaktor-Expression (Foxa2 in grün, Sox17 rot). Diese geben an, wo Lunge, Leber, Bauchspeicheldrüse und Magen-Darm-Trakt entlang der Vorder- und Hinterachse des Embryos gebildet werden. ©Helmholtz Zentrum München

Im Zellkern ist das gesamte Erbgut hochverdichtet. In jeder Zelle des Körpers sind insgesamt zwei Meter DNA gut verpackt und geschützt. Der lange Faden des Erbguts ist auf Millionen kleiner Spulen gewickelt, die Histon-Proteine. Gleichzeitig muss dieses Chromatin aber auch flexibel sein, damit Entwicklung und Stoffwechsel der Zellen funktionieren können. Immer wieder müssen Abschnitte des Genoms freigelegt werden, damit die Zellmaschinerie dort jeweils die Bauanleitungen für Eiweiße ablesen und kopieren kann. Doch was steuert diesen spezifischen Zugang zu den Genen? Was schafft kurzzeitig die Lücken in der Verpackung an den jeweils richtigen Positionen auf dem DNA-Strang?

Es sind spezielle Proteine, sogenannte Pionier-Transkriptionsfaktoren (PTFs), die den Weg frei machen – auch an schwer zugänglichen Stellen, an denen die DNA mithilfe der Histon-Spulen schon stark verdichtet ist. Sie sorgen dafür, dass sich das Chromatin an den entscheidenden Stellen so weitet, dass die Zellmaschinen schließlich genau an die Gene kommen, die sie kopieren sollen. So viel ist bekannt. Doch was steuert die Transkriptionsfaktoren? Und: Wie vermitteln sie den Zugang zum gewünschten DNA-Abschnitt? Ein Team um Prof. Heiko Lickert, Direktor des Instituts für Diabetes- und Regenerationsforschung am Helmholtz Zentrum München und Prof. Gunnar Schotta vom Biomedizinischen Centrum der Ludwig-Maximilians-Universität München haben nun einige Teilfragen dieses komplexen Rätsels lösen können.  

Die Wissenschaftler haben die Mechanismen an embryonalen Stammzellen der Maus untersucht, die sich früh in Endoderm-Zellen ausdifferenzieren und aus denen sich im Embryo später innere Organe entwickeln. Beteiligt an dieser frühen Entwicklung ist der Pionier-Transkriptionsfaktor Foxa2. Er besetzt spezifische Bindungsstellen, was offenbar dafür sorgt, dass DNA-Abschnitte, die bei der Entwicklung des Endoderms benötigt werden, besser zugänglich werden. Dafür aber braucht Foxa2 die Präsenz weiterer Transkriptionsfaktoren, konnten die Forscher zeigen.

Damit Foxa2 die für die frühe Endoderm-Entwicklung wichtigen Bindestellen findet, ist womöglich eine weitere Steuerung entscheidend – mithilfe des sogenannten epigenetischen Codes. „Der epigenetische Code liegt als eine Art Regulierungsmuster, bestehend aus chemischen Markierungen, über dem eigentlichen genetischen Code und lenkt die Genaktivität“, beschreibt Lickert seine Erkenntnisse. Wie Fähnchen hängen kleine chemische Modifizierungen an einzelnen Proteinbausteinen im Chromatin und steuern, welche Abschnitte des Erbgutes wann abgelesen werden. Allein schon die Dichte solcher Markierungen, so viel können die Wissenschaftler jetzt schon sagen, leitet Foxa2. „Diese Ergebnisse“, sagt Schotta, „zeigen uns wichtige Details, wie das Netzwerk von Transkriptionsfaktoren die Aktivität von Schlüsselgenen steuert.“


Weitere Informationen

Original-Publikation:
Cernilogar, F.M. et al. (2019): Pre-marked chromatin and transcription factor co-binding shape the pioneering activity of Foxa2, Nucleic Acids Research, DOI: 10.1093/nar/gkz627

Die Arbeiten des Instituts für Diabetes- und Regenerationsforschung (IDR) konzentrieren sich auf die biologische und physiologische Erforschung der Bauchspeicheldrüse bzw. der Insulin-produzierenden Betazellen. So trägt das IDR zur Aufklärung der Entstehung von Diabetes und der Entdeckung neuer Risikogene der Erkrankung bei. Experten aus den Bereichen Stammzellforschung und Stoffwechselerkrankungen arbeiten gemeinsam an Lösungen für regenerative Therapieansätze des Diabetes. Das IDR ist Teil des Helmholtz Diabetes Center (HDC).

Das Helmholtz Zentrum München verfolgt als Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt das Ziel, personalisierte Medizin für die Diagnose, Therapie und Prävention weit verbreiteter Volkskrankheiten wie Diabetes mellitus, Allergien und Lungenerkrankungen zu entwickeln. Dafür untersucht es das Zusammenwirken von Genetik, Umweltfaktoren und Lebensstil. Der Hauptsitz des Zentrums liegt in Neuherberg im Norden Münchens. Das Helmholtz Zentrum München beschäftigt rund 2.300 Mitarbeiter und ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der 19 naturwissenschaftlich-technische und medizinisch-biologische Forschungszentren mit rund 37.000 Beschäftigten angehören. 

Die LMU ist eine der führenden Universitäten in Europa mit einer über 500-jährigen Tradition. Sie bietet ein breites Spektrum aller Wissensgebiete – die ideale Basis für hervorragende Forschung und ein anspruchsvolles Lehrangebot. Es reicht von den Geistes- und Kultur- über Rechts-, Wirtschafts- und Sozialwissenschaften bis hin zur Medizin und den Naturwissenschaften. 15 Prozent der 50.000 Studierenden kommen aus dem Ausland – aus insgesamt 130 Nationen. Das Know-how und die Kreativität der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bilden die Grundlage für die herausragende Forschungsbilanz der Universität. Der Erfolg der LMU in der Exzellenzinitiative, einem deutschlandweiten Wettbewerb zur Stärkung der universitären Spitzenforschung, dokumentiert eindrucksvoll die Forschungsstärke der Münchener Universität. 

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