Wie Gene gezielt abgeschaltet werden

Mit ausgeklügelten Regulationsmechanismen stellt die Zelle sicher, dass nicht alle Gene gleichzeitig gelesen werden: Bestimmte Genschalter müssen aktiviert werden. Zusätzlich bestimmen chemische Markierungen an der DNA, welche Gene in RNA umgeschrieben werden sollen und welche nicht. Dies wird als epigenetische Genregulation bezeichnet.

Gene werden unter anderem mit Methylverbindungen stillgelegt. Dazu dienen spezialisierte Enzyme, die Methyltransferasen, die hier Methylmarkierungen anheften und damit das ganze Gen unzugänglich machen. Woher die Methyltransferasen wissen, wo sie ihre Markierung anbringen müssen, um gezielt ein bestimmtes Gen zu inaktivieren, erforschte Professor Dr. Ingrid Grummt vom Deutschen Krebsforschungszentrum. Sie untersucht vor allem solche Textpassagen im Erbgut, die gar keine Bauanleitungen für Proteine enthalten. Trotzdem werden diese Texte auf kontrollierte Weise in RNA-Moleküle umgeschrieben. Diese so genannten nicht-kodierenden RNAs sind wichtige Regulatoren in der Zelle.

Jetzt zeigten Grummt und ihre Mitarbeiter erstmals, dass die epigenetische Regulation und die Steuerung durch nichtkodierende RNAs ineinander greifen. Schleusen sie das nichtkodierende RNA-Molekül "pRNA" künstlich in Zellen ein, so wird ein bestimmter Genschalter mit Methylmarkierungen versehen und die dahinter liegenden Gene werden nicht abgelesen. Dabei passt die pRNA genau ("komplementär") zur DNA-Sequenz dieses Genschalters. An dieser Stelle bilden RNA und DNA dann eine zopfartige Dreifach-Helix, die als Wegweiser für die Markierungen dient. Methyltransferasen können spezifisch an diesen Zopf andocken und werden dadurch genau an die Stelle dirigiert, wo ein Gen blockiert werden soll.

Über die Hälfte unseres Erbguts wird in nichtkodierende RNA-Moleküle überschrieben. Es ist durchaus denkbar, dass für alle Gene, die zeitweise stillgelegt werden, passgenaue nichtkodierende RNA-Moleküle vorhanden sind. Das würde erklären, wie eine solche Vielzahl an Genen gezielt an- und abgeschaltet werden kann.

Quelle: Schmitz KM, et al.: Genes & Development 2010, Online-Publikation DOI: 10.1101/gad.590910.