«Genomische Zeitmaschine» enthüllt Geheimnisse unserer DNA
Das menschliche Genom, ein komplizierter Wandteppich genetischer Informationen für das Leben, hat sich als Fundgrube für seltsame Merkmale erwiesen. Darunter befinden sich DNA-Abschnitte, die innerhalb des Genoms «herumspringen» und sich bewegen können, so genannte «transponierbare Elemente» (TEs).
Da sie ihre Position innerhalb des Genoms ändern, können TEs Mutationen verursachen und das genetische Profil der Zelle verändern, aber sie sind auch die Hauptakteure bei der Organisation und Expression unseres Genoms. So tragen TEs beispielsweise zu regulatorischen Elementen, Bindungsstellen für Transkriptionsfaktoren und zur Bildung chimärer Transkripte bei - genetische Sequenzen, die entstehen, wenn sich Segmente aus zwei verschiedenen Genen oder Teilen des Genoms zu einem neuen, hybriden RNA-Molekül zusammenfügen.
Entsprechend ihrer funktionellen Bedeutung sind TEs für die Hälfte der menschlichen DNA verantwortlich. Während sie sich jedoch bewegen und altern, nehmen TEs Veränderungen auf, die ihre ursprüngliche Form verschleiern. Mit der Zeit «degenerieren» TEs und werden immer weniger erkennbar, was es den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern erschwert, sie in unserem genetischen Bauplan zu identifizieren und zu verfolgen.
In einer neuen Studie haben Forschende der Gruppe von Didier Trono an der EPFL einen Weg gefunden, die Erkennung von TEs im menschlichen Genom zu verbessern, indem sie rekonstruierte Vorfahrengenome von verschiedenen Spezies verwendeten, was es ihnen ermöglichte, zuvor nicht nachweisbare degenerierte TEs im menschlichen Genom zu identifizieren. Die Studie ist in Cell Genomics veröffentlicht.
Die Forschenden nutzten eine Datenbank mit rekonstruierten Vorläufergenomen verschiedener Arten, eine Art genomische «Zeitmaschine». Durch den Vergleich des menschlichen Genoms mit den rekonstruierten Genomen der Vorfahren konnten sie in letzteren TEs identifizieren, die im Laufe der Jahrmillionen beim Menschen degeneriert (abgenutzt) sind. Durch diesen Vergleich konnten sie TEs aufspüren («annotieren»), die in früheren Studien, die nur Daten aus dem menschlichen Genom verwendeten, möglicherweise übersehen worden waren.
Mit diesem Ansatz entdeckten die Wissenschaftler eine grössere Anzahl von TEs als bisher bekannt, was den Anteil der TEs an unserer DNA erheblich vergrösserte. Darüber hinaus konnten sie nachweisen, dass diese neu entdeckten TE-Sequenzen alle dieselben regulatorischen Aufgaben erfüllen wie ihre jüngeren, bereits identifizierten Verwandten.
Die möglichen Anwendungen sind vielfältig: «Ein besseres Verständnis der TEs und ihrer Regulatoren könnte zu Erkenntnissen über menschliche Krankheiten führen, von denen man annimmt, dass viele von ihnen durch genetische Faktoren beeinflusst werden», sagt Didier Trono, «in erster Linie Krebs, aber auch Autoimmun- und Stoffwechselstörungen und ganz allgemein die Reaktion unseres Körpers auf Umweltbelastungen und das Altern.»
