Genetik: Forscher entschlüsseln menschliches Epigenom

Die als Doppelhelix angeordnete DNA ist Trägerin der Erbinformation© DPA

Wissenschaftlern ist es zum ersten Mal gelungen, ein komplettes menschliches Epigenom zu entschlüsseln. Es enthält im Gegensatz zum Genom nicht nur die Bausteinabfolge des Erbguts einer Zelle, sondern auch Informationen über dessen Regulierung und Steuerung und somit darüber, in welche Richtung sich eine Zelle tatsächlich entwickelt. Epigenetische Informationen entscheiden darüber, ob sich eine Zelle zu einer Muskel-, Nerven-, Hautzelle oder sonst einer spezialisierten Zellart weiterentwickelt. Sie spielen auch eine Schlüsselrolle bei der Entstehung von Krebs und könnten daher ein interessanter Ansatz für neue Krebstherapien sein. Die Forscher um Ryan Lister vom Salk Institut in La Jolla stellen ihre Arbeit im Fachmagazin "Nature" vor.

Alle Informationen, die eine Zelle ausmachen, sind in ihrem Erbgut gespeichert. Die Abfolge der Bausteine alleine, die sogenannte Sequenz, ist dabei aber nur die halbe Miete, denn weder sind die einzelnen Abschnitte in jeder Zelle gleich wichtig, noch werden sie zum selben Zeitpunkt abgelesen. Unterschiede in der Genregulation entscheiden über das Schicksal einer Zelle: Obwohl nahezu alle Körperzellen über die gleiche Erbgutsequenz verfügen, können sie im Endeffekt so unterschiedliche Gewebe bilden wie den Darm, das Gehirn oder die Zähne. Das wichtigste Instrument dieser Genregulation ist die sogenannte Methylierung: An einige DNA-Bausteine hängt der Körper kleine chemische Schalter, Methylgruppen genannt, an und schaltet damit dahinterliegende Gene aus.

Um das Rätsel der sogenannten Zelldifferenzierung, also der Unterschiedlichen Prägung verschiedener Zellarten, zu lösen, haben die Genetiker nun das Methylierungsmuster von zwei sehr unterschiedlichen Zellen miteinander verglichen. Sie entschlüsselten das Methylom, wie das Epigenom auch genannt wird, einer embryonalen Stammzelle und dasjenige einer Zelle aus dem Lungengewebe eines Fötus. Dabei war die Anzahl der Methylgruppen bei der Stammzelle überraschend niedrig. Als die Forscher die Zelle im Labor künstlich dazu anregten, sich zu spezialisieren, nahm ihr Methylierungsgrad zu. Offenbar sind die nicht methylierten Basenpaare eine wichtige Eigenschaft von unspezialisierten Stammzellen. Bisher habe sich die Forschung hauptsächlich auf methylierte Basenpaare konzentriert, erklärt Co-Autor Mattia Pelizzola.

Diese Resultate sind laut den Forschern ein erster Schritt auf dem Weg zum Verständnis des Methylierungsmusters von Zellen und dessen Veränderungen im Laufe der Zeit. Interessant sind dabei vor allem zwei Aspekte: die Embryonalentwicklung und der Alterungsprozess. Davon erhoffen sich Wissenschaftler unter anderem ein besseres Verständnis von Krankheiten wie Krebs. Es könnte beispielsweise helfen, Medikamente zu entwickeln, die direkt auf der epigenetischen Ebene wirken, also in das Methylierungsmuster von Zellen eingreifen. Einige solche Medikamente existierten bereits, aber ihre Wirkungsweise sei nicht vollständig geklärt, erklärt Joseph Ecker, ein weiterer Autor der Studie.