DNA-Moleküle im Femtogrammbereich beobachten
Das Projekt DNALIGHTMAP (Mapping structural variation on native chromosomal DNA – a single molecule approach) hat einen Werkzeugkasten entwickelt, mit dem DNA auf Femtogrammebene (1 mg ist gleich 100 Millionen Femtogramm) zu betrachten und zu analysieren ist. Im Mittelpunkt stand der Abschnitt des genetischen Materials, das für die fazioskapulohumerale Muskeldystrophie (FSHD) verantwortlich ist. Die Forscher um DNALIGHTMAP haben eine Methode zum Klonen langer bakterieller genomischer Sequenzen - bis zu 110 kb in einem Schritt - entwickelt. Das Klonen langer Gensegmente ist beim Streben nach technisch entwickelten Pharmazeutika von grundlegender Bedeutung und stellt mit den traditionellen Methoden ein schwieriges und teures Unterfangen dar. Bei der neuen Methode nutzt man zur Enträtselung der DNA und deren Unterteilung in Abschnitte DNA-Methyltransferasen in Kombination mit synthetischen Kofaktoren, um eine fluoreszierende Referenzkarte zu erzeugen. Das Team arbeitete an der umfassenden Kartierung des menschlichen Genoms und analysierte das Gen, das FSHD verursacht. Als ein Mittel zum Vergleich zwischen gesunden und mutierten Genen schneiden die Forschenden bestimmte Regionen aus der DNA aus, an denen genetische und epigenetische Analysen vorgenommen werden. Das neue Verfahren wurde patentiert und lizenziert und ist in Nature Communications(öffnet in neuem Fenster) veröffentlicht worden. Auch ein neues Verfahren zur Fluoreszenzmarkierung von 5-Hydroxymethyzytosin (5-hmC), einem wichtigen Genexpressionsmodulator im Epigenetikbereich, wurde entwickelt. Die weitere Entwicklung resultierte in einem Hochdurchsatz-, Multiwellplatten-basierten Assay zur simultanen Analyse von über 300 Proben. Schäden an der DNA sind untrennbar mit Krankheiten - insbesondere Krebs - verbunden. Mit der Anpassung bereits entwickelter Verfahren erarbeiteten die Forschenden eine Einzelmolekülmethode, mit der die beschädigten Stellen direkt auf ausgestreckten DNA-Molekülen visualisiert und quantifiziert werden. Bei Schäden durch UV-Strahlung verfolgten die Wissenschaftler außerdem die Reparaturdynamik in den Zellen von Xeroderma pigmentosum-Patienten, denen nur ein Enzym fehlt. Das Protokoll wird nun in verschiedenen Labors weltweit zur Untersuchung von DNA-Schäden eingesetzt. Nun ist die Erkennung von Bakteriophagen mittels einer neuen Fluoreszenzprofilierungsmethode für einen molekularen Fingerabdruck möglich, der auf jede beliebige DNA-Probe erweitert werden kann. Details zu diesen bahnbrechenden neuen Ansätzen in der DNA-Analyse finden Sie in den Fachjournalen American Chemical Society(öffnet in neuem Fenster) und Nucleic Acids Research(öffnet in neuem Fenster). Da die Struktur der DNA und ihre Epigenetik das Herzstück der Erkrankung bildet, findet die DNALIGHTMAP-Forschung weitreichende Anwendungen in Diagnose und Therapie.
Schlüsselbegriffe
DNA, Biomarker, DNALIGHTMAP, Femtogramm, epigenetisch
