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Mit Pflanzenmodellen die Genregulation erforschen

Durch vererbbare, kleine chemische Modifikationen der DNA und der dazugehörigen Proteine kann die Natur die Expression einiger Gene verhindern. Wissenschaftler haben an einem Pflanzenmodell teilweise gezeigt, wie dies funktioniert.
Mit Pflanzenmodellen die Genregulation erforschen
Chromatin in Pflanzen und Tieren ist nichts anderes als DNA, gefaltet mit Histon- und Nicht-Histon-Proteinen. Einige Teile des Chromatins (Heterochromatin) enthalten Gene, deren Expression weitgehend verhindert wird, indem den Histonproteinen Methylgruppen hinzugefügt wird ​​(Methylierung). Die Verbindung von Heterochromatin mit DNA-Methylierung wird möglich aufgrund der nahen Histonmethylierung. In der Tat kann die DNA-Methylierung über Generationen hinweg bestehen bleiben, was zu vererbbaren Veränderungen in der Genexpression ohne Veränderungen in der DNA-Sequenz (Epigenetik) führt.

Die Pflanze Arabidopsis thaliana (Acker-Schmalwand) hat mit Säugetieren eine kürzlich entdeckte Gruppe von Proteinen gemeinsam. Diese verfügt über eine methylierte DNA-bindende Domäne, die eine Rolle in der DNA-Methylierung spielen könnte. Dies legt nahe, dass A. thaliana ein Modell für die DNA-Methylierung in Säugetieren sein könnte. Nachdem ein anderes Forscherteam seine Ergebnisse über dieses System veröffentlichte, wurden die ursprünglichen Pläne zur Erforschung dieses Systems in dem EU-geförderten Projekt SRA AND EPIGENETICS modifiziert. Der Forschungsschwerpunkt richtete sich dann auf die Bildung von Heterochromatin und seine Beziehung zum replikationsbezogenen Phänotyp von atxr5/6-Mutationen.

Ausdauer und Kreativität der Projektforscher ermöglichten eine eingehende Analyse der Steuerung bei der DNA-Replikation (die auch die DNA-Replikation oder re-Replikation während eines Zellzyklus mehr als einmal hemmt). Pflanzen mit Mutationen in bestimmten Histonmethyltransferasen, also Enzymen, die eine Übertragung von Methylgruppen an Histon-Proteine vermitteln, ​​zeigten stellenweise re-Replikation in Heterochromatin.

Sowohl bei Pflanzen als auch bei Tieren wird Heterochromatin in der Regel durch die Methylierung von DNA und Histonen vom Typ H3K9 gekennzeichnet. In A. thaliana liegen die Methylierungsstellen nebeneinander und sind gegenseitig selbst-stabilisierend. Die Forscher haben herausgefunden, dass sich diese Pflanze durch die Regulation der Genexpression und Histon-Abscheidung bei extrazellulären Signalen anpassen können, unabhängig von der DNA-Methylierung. Ihre Arbeiten führten zu einer Patentanmeldung. Weitere Forschungen zur Beziehung zwischen Histon-H3K9-Dimethylierung (H3K9me2) und DNA-Methylierung zeigten ein deutliches und neuartiges Zusammenspiel zwischen den beiden.

SRA AND EPIGENETICS führte zu bahnbrechenden Erkenntnissen auf dem Gebiet der Epigenetik und veröffentlichte wichtige Artikel in international anerkannten wissenschaftlichen Zeitschriften. Ein besseres Verständnis der komplexen Mechanismen der Genexpression könnte schließlich bei der Charakterisierung von Krankheiten und der Entwicklung neuartiger Therapien wichtig sein.

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