Genomforscher rehabilitieren Müll-DNA

Hinxton/Bethesda – Im menschlichen Erbgut sind die Chefs gegenüber den Arbeitern deutlich in der Überzahl. Nur etwa 2 Prozent des Genoms enthält Informationen für Proteine, die Arbeitspferde der Zelle. Dies hatte die Entschlüsselung der Erbguts durch das Human Genome Project gezeigt. Die restlichen 98 Prozent enthalten zahlreiche regulatorische Gene, die die Aktivität anderer Genen beeinflussen. Dies kam beim Nachfolgeprojekt ENCODE heraus, dessen Ergebnisse jetzt in 30 Publikationen in Nature, Genome Research und Genome Biology vorgestellt wurden.

ENCODE steht für ENCyclopedia Of DNA Elements (ENCODE). Das Ziel dieser Enzyklopädie des menschlichen Genoms ist die Identifizierung möglichst aller funktionalen Gene, die sich in den nicht-kodierenden Abschnitten der DNA befinden. Diese Abschnitte wurden anfangs als funktionslose Relikte der Evolution angesehen und teilweise auch verächtlich als DNA-Müll betrachtet. Schon bald wurde aber klar, dass die nicht-kodierenden Anteile kein genetisches Tohuwabohu sind. Hier befinden sich jene Gene, die beispielsweise bestimmen, ob sich eine Zelle als Hepatozyt biochemische Dienstleistungen übernimmt oder sich als Nervenzellen auf die Informationstechnologie spezialisiert.

Im Jahr 2003 initiierte das US-National Genome Research Institute in Bethesda/Maryland zusammen mit dem EMBL-European Bioinformatics Institute in Hinxton bei Cambridge das ENCODE-Projekt. Seither führten an weltweit 32 Labors 442 Wissenschaftler 1.648 Experimente an wenigstens 147 Zelltypen durch. Bereits in der Pilotphase bis 2007 wurden zahlreiche Steuergene entdeckt.

Zu ihnen gehören nicht nur die bekannten Promotoren, die zumeist in der Nähe des Protein-Gene diese an- oder abschalten. Es gibt auch zahllose übergeordnete Transkriptionsfaktoren, die meistens gleich eine ganze Gruppe von Genen steuern. Aber auch die Chromatin-Struktur und die Histone wurden als wichtiger Regulatoren der Gene entdeckt. Hier befinden sich die epigenetischen Eigenschaften, die im Laufe des Lebens verändert werden, gleichzeitig aber auf die nächste Generation übertragen werden können.

Bis heute entdeckten die ENCODE-Forscher nicht weniger als 4 Millionen „Schalter“. Zum Vergleich: Nur etwa 20.000 bis 25.000 Gene, nach anderen Schätzungen 30.000 bis 40.000 Gene, kodieren Proteine. Das menschliche Erbgut tätigt einen erheblichen Verwaltungsaufwand. Für die Medizin bedeutet dies, dass nur wenige genetischen Erkrankungen durch defekte Proteine im Zytoplasma ausgelöst werden.

Die meisten Fehler könnten bereits auf den verschiedenen höheren Entscheidungsebenen der Zellkerns entstehen. Die Forscher spekulieren in den Arbeiten über erste Auswirkungen auf Erkrankungen wie Multiple Sklerose, Lupus erythematodes, Rheumatoide Arthritis, entzündliche Darmerkrankungen oder auch auf die Konstitution, etwa die Körpergröße.

Auch für die Entwicklung von Krebserkrankungen dürften die Genregulatoren einen Einfluss haben. Hier die einzelnen Entscheidungsstränge zu entschlüsseln dürfte die Aufgabe der nächsten Jahre und Jahrzehnte sein. Einige der Forscher verglichen das ENCODE-Projekt mit dem Sprung von einfachen Satellitenbildern zu Google Maps. ENCODE könnte die Navigation im menschlichen Erbgut erleichtern. Dies verspricht nicht nur neue Einblicke in die Pathogenese von Erkrankungen, es dürfte auch die Entwicklung neuer Therapien stimulieren, die an den Steuergenen angreifen. © rme/aerzteblatt.de