Das Geheimnis der Sequenz

Im Sommer 2000 schaffte die internationale Forschergemeinschaft der Human Genom Organisation (HUGO) den Meilenstein: Sie entschlüsselte alle drei Milliarden Genbuchstaben des menschlichen Erbguts. Dabei entdeckten die Wissenschaftler Überraschendes: Der Mensch besitzt weitaus weniger Gene als erwartet. Nur etwa 35.000 Bauanleitungen fanden die Forscher im Zellkern des Menschen. Fast genauso viele wie bei der Maus.

Nur 35.000 Gene bestimmen also, was wir sind. Doch neue Forschungsergebnisse zeigen, dass es neben der Abfolge der Genbuchstaben der DNA vermutlich noch weitere Informationen gibt. Die Wissenschaftler haben bisher drei Mechanismen entdeckt, die die Information des Erbguts verändern können.

Blockierte Eiweiße

Die Histone verpacken das große DNA-Molekül im Zellkern.

Im Zellkern liegt die DNA nicht als nackter Doppelhelix-Faden. Eiweiße binden sich an das Molekül. Sie verpacken und organisieren die DNA im Zellkern. Um eine Art dieser Eiweiße - die so genannten Histone - wickelt sich die DNA wie um einen Lockenwickler. Dadurch liegt das Molekül des Lebens geordnet im Zellkern. Wenn nun die Information der DNA abgelesen werden soll, muss sich der Erbgutfaden zunächst von den Histonen abwickeln. Doch es gibt Mechanismen, die das Ablesen unterbinden. Zum Beispiel, kann das Abwickeln des Erbgutfadens verhindert werden. Dabei wird das Histon, das die DNA trägt, chemisch blockiert, so dass sich die DNA nicht Abwickeln lässt. Die Gene, die auf diesem Stück des Erbguts sitzen, können dann nicht abgelesen werden. Sie sind blockiert.

Markierungen im Text

Die markierten Genbuchstaben blockieren die Information der Gene.

Die Sequenz der DNA ist aus nur vier Genbuchstaben aufgebaut: Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T). Allerdings kommt es vor, das der Buchstabe C, das Cytosin, chemisch markiert wird. Methylierung nennen das die Forscher. Etwa fünf Prozent des Buchstaben C im Erbgut sind so markiert. Durch die Markierung wird das gesamte Gen, das mehrere gekennzeichnete Buchstaben enthält, stillgelegt. Denn das Ablese-Enzym, die Polymerase, kann dann nicht an die DNA andocken und das Gen ablesen.

Abfangjäger in der Zelle

Die Abfangjäger erkennen die Genkopie mit ihren angehängten Genbuchstaben.

Die Information des Bauplans eines Gens kann aber auch erst im letzten Schritt abgefangen werden. Erst vor kurzem haben Forscher diese Möglichkeit entdeckt. Dabei wird die DNA zunächst ganz normal von der Polymerase abgelesen. Das Ablese-Enzym produziert dabei eine Genkopie, die aus dem Zellkern wandert. Und hier im Inneren der Zelle kann es zu Störungen kommen: Abfangjäger können die Genkopie angreifen. Sie tragen kurze Stücke der Ribonucleinsäure (RNA), die exakt zur Genkopie aus dem Zellkern passen. Ausgestattet mit diesem Steckbrief können die Abfangjäger die gesuchte Genkopie gezielt aufstöbern. Anschließend zerlegen sie die Kopie. Auf diese Weise kann die Information des Gens nicht weitergeleitet werden. Das zugehörige Eiweiß wird nicht hergestellt.

Eine Zelle wird erwachsen

Diese Eingriffe in das Ablesen der Gene nennen die Wissenschaftler Epigenetik. Epi bedeutet im Griechischen über. Eine Über-Genetik also. Dabei wird die Sequenz der Buchstaben der DNA nicht verändert; sie bleibt gleich. Vergleicht man den genetischen Code des Lebens mit einem geschriebenen Text, so bestimmen die Epigenetischen Prozesse, wie und wann dieser Text gelesen wird. Es sind Anmerkungen an den Text geschrieben. Denn die Epigenetik ist sozusagen die Formatierung des Buchs des Lebens. Sie markiert Teile des Textes oder streicht einige Passagen.

Besonders wichtig ist das bei der Entwicklung der Zellen eines Embryos. Da gibt es viele zelluläre Veränderungen. Wenn aus einer Embryozelle eine Hautzelle wird, müssen im Erbgut der Zelle immer wieder Gene an- und abgeschaltet werden. Das ist die Aufgabe der Epigenetik. Denn Gene, die im Ebryostadium wichtig für die Zelle waren, werden später nicht mehr benötigt. Solche Abschnitte der Erbsubstanz können dann so lange stillgelegt werden, bis sie wieder gebraucht und aktiviert werden müssen.