Bioinformatik: Äpfel mit Birnen vergleichen - Science Communications

in Form eines insgesamt 1,8 Meter langen Rie-
senmoleküls – besser bekannt unter dem Namen
DNA – perfekt gewickelt ist. Nur durch die raffinierte
Wickeltechnik passt das Erbgut überhaupt in den
Zellkern. Doch die besonders enge Verpackung hat
auch einen Nachteil: Die Gene sind derart dicht
aneinander gepfercht, dass nichts und niemand ihre
Information lesen kann.
Wie Zellen dennoch an ihren eigenen Wissens-
Schatz heran kommen, untersuchte der deutsche
Epigenetik-Pionier Thomas Jenuwein – damals
noch am IMP – in zehn Jahren intensiver Laborarbeit.
Im Sommer 2000 war es dann so weit.
Jenuwein hatte ein weiteres Talent des Chromatins
entdeckt: Durch das Hinzufügen von Methylgruppen
lockert es den aufgewickelten DNA-Strang an
exakt der richtigen Stelle ein wenig, sodass einzelne
Gene zugänglich und lesbar werden. „Diese Entdeckung
war bahnbrechend“, erinnert sich Meinrad
Busslinger an die Leistung seines Kollegen.
Zentrum für lockeres Chromatin
Die Aufklärung dieses Mechanismus brachte
Jenuwein eine ganze Reihe von prominent platzierten
Publikationen ein – und sie war so etwas wie der
Startschuss für die groß angelegte Epigenetik-Forschung
in Wien. Jenuwein initiierte im Rahmen von
GEN-AU I in den Jahren 2003 bis 2005 ein Verbundprojekt
mit fünf Gruppen, im Anschluss daran führte
er in Phase II die Arbeit mit sechs Gruppen weiter.
Und als er dann auch noch überlappend ein 12,5
Millionen schweres europäisches Exzellenznetzwerk
zum Thema Epigenetik koordinierte, hatte er Wien
zu einem Zentrum der einschlägigen Forschungswelt
gemacht.
In den ersten beiden Phasen investierte
GEN-AU fast sieben Millionen Euro in die Epigenetik-Forschung.
Durch die Förderung gelang es,
neueste Analyse-Gerätschaften anzuschaffen und
Menschen heranzubilden, die damit auch umgehen
konnten. „Davon hat unser gesamtes Umfeld
enorm profitiert“, berichtet Meinrad Busslinger.
Tatsächlich konnten die Forscherinnen und
Forscher weitere Mechanismen der Chromatin-
Auflockerung entdecken. Doch noch immer ist
nicht ganz klar, was die halbwegs entschlüsselten
Entspannungs-Mechanismen des Chromatins
überhaupt in Gang setzt.
Logische Überraschungen
Das zu klären, hat sich Meinrad Busslinger zur
Aufgabe gemacht. Nachdem Jenuwein an das Max-
Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik
in Freiburg gewechselt war, übernahm er Mitte
2009 die Koordination des bewährten GEN-AU
Verbundprojekts und wacht momentan über sechs
Subprojekte (siehe Infokasten Bindungsforschung:
Mouse-Mystery und magischer Algorithmus).
Der 59-Jährige ist für die Projektleiter-
Funktion sowohl ein überraschender als auch ein
logischer Kandidat: Ein überraschender, weil er
in der Fachwelt für die Erforschung von Immun-
17 genosphären 11/12
Bindungsforschung:
Mouse-Mystery und magischer Algorithmus
Subprojektleiterin Leonie Ringrose
vom Institut für Molekulare Biotechnologie
(IMBA, Österreichische Akademie der
Wissenschaften) hat sich die regulatorischen
Faktoren mit den klingenden Namen
„Polycomb“ und „Trithorax“ vorgenommen.
„Als ich Ende der 90er Jahre begonnen
habe, mich damit zu beschäftigten, gab es
pro Jahr gerade einmal zwei oder drei Publikationen
zu diesem Thema“, erinnert sich
die gebürtige Britin in perfektem Deutsch.
Trithorax sorgt für die Ablesbarkeit von
Genen, Polycomb blockiert genau diese
Lesbarkeit. Und das offenbar über mehrere
Generationen hinweg.
Die Wissenschafterinnen und Wissenschafter
um Ringrose haben herausgefunden,
an welchen Stellen die beiden Proteine
Trithorax aund Polycomb an das Chromatin
binden. Doch die Suche war extrem mühsam.
Und so entwickelte Leonie Ringrose
gemeinsam mit Bioinformatikerinnen
und Bioinformatikern einen „magischen
Algorithmus“. Mit Hilfe dieses Werkzeugs
konnten die Forschenden jetzt ganz elegant
„Andock-Stationen“ für Trithorax und
Polycomb vorhersagen und schließlich auch
verifizieren.
Doch damit ist die Sache noch längst
nicht erledigt. Es gibt nämlich noch ein
Rätsel, und dem hat Leonie Ringrose dann
doch einen englischen Namen gegeben:
„Mouse-Mystery“: Die Proteine Polycomb
FORSCHEN
Einfach zauberhaft: Mit Hokuspokus hat die Arbeit von Leonie Ringrose (IMBA) nichts zu tun – auch wenn sie
an einem magischen Algorithmus für Maus-Gene arbeitet. Zum Brainstorming wird, ganz Lowtech, an der Tafel
gezeichnet.
und Trithorax sind bei Maus und Fliege
sehr ähnlich und erfüllen entsprechende
Funktionen. Auch die Gene, die durch diese
Proteine reguliert werden, sind bei beiden
Tierarten sehr ähnlich. Aber die DNA-Sequenzen,
an die diese Proteine binden, sind
bei Maus und Fliege komplett unterschiedlich.
Das bedeutet, dass der „magische
Algorithmus“, der auf Basis von Fliegen-
Sequenzen entwickelt wurde, im Mausgenom
seinen Zauber verliert. „Wir wissen
viel weniger über die Designprinzipien
dieser DNA-Elemente in der Maus als in
der Fliege“, so Ringrose. „Wir versuchen
gerade den Algorithmus umzutrainieren,
damit er auch für Maus-Sequenzen sinnvolle
Ergebnisse liefert.“
Dass sich Ringrose trotz dieser Rätselhaftigkeit
mit den beiden Proteinen (im
Rahmen des GEN-AU Subprojekts „Dynamic
transitions in Polycomb and Trithorax
regulation upon differentiation“) auseinander
setzt, hat einen guten Grund: In vielen
Krebszell-Linien ist Polycomb überaktiv
und bringt offenbar Zellen dazu, ihre
Identität zu vergessen. Von einem besseren
Verständnis des Wechselspiels der beiden
Substanzen erhofft man sich neue Ansätze
für die Krebsbehandlung.