Die Epigenetik von Hefe
Zellen besitzen einen als Transkriptionsspeicher bezeichneten Mechanismus, der es ihnen ermöglicht, sich daran zu erinnern, welche Gene sie wann exprimieren müssen. Dies stellt sicher, dass sie schnell auf ihre Umweltreize reagieren können. Inzwischen wird allgemein angenommen, dass der Transkriptionsspeicher Teil des epigenetischen Profils der Zelle ist. Dies wird durch einen unbekannten Mechanismus auf ihre Nachkommen übertragen. Die Heterogenität von Zellen macht es schwer, die Erblichkeit der Epigenetik zu definieren und macht neuartige Einzelellansätze notwendig. In diesem Zusammenhang haben sich Wissenschaftler der EU-finanzierten Initiative TXNMEMGAL1 (Single-cell dynamics of Gal1 transcriptional memory inheritance in Saccharomyces cerevisiae) vorgenommen, diese Prozesse in lebenden Zellen zu beobachten. Zu diesem Zweck entschieden sie sich, die Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae und insbesondere das Gal1-Gen, das am Galactose-Stoffwechsel beteiligt ist, zu untersuchen. Vergangenen Forschungen lassen vermuten, dass Hefezellen, die nie der Galactose ausgesetzt waren, eine langsamere Gal1-Transkriptionsreaktion aufweisen als diejenigen, die in Gegenwart von Galactose entstanden sind. Chromatin umformende Enzyme und Histon-Modifikatoren scheinen diesen Prozess teilweise zu beeinflussen. Die Forscher wollten herausfinden, wie Hefezellen, die vorher der Galactose ausgesetzt waren, den Transkriptionsspeicher auf ihre Nachkommen übertragen und an wie viele Generationen dieser Speicher weitergereicht wird. Unter Verwendung eines innovativen Mikrofluidik-Ansatzes wechselten sie Hefezellen wiederholt von Galactose-Medien zu Glukose-Medien. Dadurch konnten sie den Gal1-Transkriptionsspeicher und die Vererbung in einzelnen Hefezellen erfolgreich sezieren und neue am Gal1-Gedächtnis beteiligte Faktoren identifizieren. Sie screenten über 500 Stämme mit Mutationen an chromatinbezogenen Faktoren, um zu verstehen, wie diese Regler die Reinduktion von Gal1 auf der Transkriptebene und durch Chromatin-Biochemie beeinflussen. Zusammen liefern die Werkzeuge und Ergebnisse der TXNMEMGAL1-Studie beispiellose Einblicke in den Transkriptionsspeicher und die epigenetische Vererbung auf Einzelzellebene. Da der Mechanismen unter eukaryotischen Zellen erhalten bleibt, sollten diese Informationen ach für menschliche Zellen gelten und könnten dazu beitragen, integrierte zelluläre Reaktionen auf Umweltveränderungen zu verstehen.
Schlüsselbegriffe
Epigenetik, Hefe, Transkriptionsspeicher, Gal1