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Neuer Mechanismus der Genregulation entdeckt

RNA-Moleküle sind die mobilen Boten der Gene. Sie tragen die Information zur Herstellung von Eiweißen von der DNA zu den Ribosomen. Neben diesen Boten-RNAs haben alle Lebewesen winzige RNA-Moleküle, sogenannte microRNAs, die die Boten-RNAs und damit die Proteinproduktion behindern können. Biologen der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg um Privatdozent Wolfgang Frank und Professor Dr. Ralf Reski vom Lehrstuhl für Pflanzenbiotechnologie entdeckten nun, dass solche microRNAs auch direkt mit Genen in Kontakt treten und diese dadurch abschalten können. Ihre Erkenntnisse wurden in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift CELL veröffentlicht.

Mit Ausnahme einiger Viren wird in allen Lebewesen die Erbinformation, die Summe all ihrer Gene, in Form von DNA gespeichert. Aktive Gene werden in Boten-RNAs, die sogenannten mRNAs, umgeschrieben, die als Blaupausen für die Produktion von Proteinen an den Ribosomen dienen. Inaktive Gene werden nicht in mRNAs umgeschrieben. Die feine Balance zwischen an- und abgeschalteten Genen ist in verschiedenen Organen unterschiedlich und verändert sich im Laufe der Entwicklung und unter Umwelteinflüssen. Wird diese Balance gestört, kommt es zu Missbildungen und Krankheiten wie zum Beispiel Krebs. 2006 bekamen die amerikanischen Biologen Mello & Fire einen Nobelpreis für ihre Entdeckung, dass im Fadenwurm C. elegans winzig kleine RNA-Moleküle sich an mRNAs anlagern können und so verhindern, dass diese in Proteine übersetzt werden.

Nun beschreiben die Freiburger Biologen zusammen mit Forschern des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie in Tübingen in der aktuellen Ausgabe von CELL, dass microRNAs nicht nur indirekt über die Behinderung von mRNAs, sondern auch direkt Gene abschalten können. Dabei werden diese Gene chemisch durch das Hinzufügen von Methylgruppen stillgelegt. Solche Veränderungen werden in der Fachsprache der Biologen als Epigenetik bezeichnet.

Diesen neuen Mechanismus der Genregulation haben die Forscher bei dem Kleinen Blasenmützenmoos Physcomitrella patens, dem bevorzugten Forschungsobjekt am Freiburger Lehrstuhl für Pflanzenbiotechnologie, gefunden. Der Originaltitel der Veröffentlichung lautet: „Transcriptional control of gene expression by microRNAs” (CELL 140, 8. Januar 2010, S. 111). Die Editoren von CELL heben die Bedeutung dieser Entdeckung dadurch hervor, dass sie eine Zeichnung (siehe beiliegendes Bild), die das zentrale Ergebnis der Arbeit veranschaulicht, als Titelbild ausgewählt haben.

Neben PD Dr. Wolfgang Frank und Prof. Dr. Ralf Reski sind Dr. Basel Khraiwesh, M. Asif Arif, Dr. Gotelinde I. Seumel aus Freiburg sowie Stephan Ossowski und Prof. Dr. Detlef Weigel vom MPI Tübingen an dieser Studie beteiligt. Die Idee für das Titelbild hatten Christoph Bächtle und Dr. Ralf Kindervater von der BioPro Baden-Württemberg, künstlerisch umgesetzt haben die Idee Hannes Rall und Michael Meier.
Als die Freiburger Biologen so genannte Knockout-Moose erstellten, waren sie von dem Effekt überrascht, weil er allen bisherigen Erwartungen widersprach. Nun vermuten sie, dass der von ihnen aufgedeckte Mechanismus zur Genregulation nicht nur beim Moos vorkommt, sondern in vielen anderen Lebewesen, einschließlich uns Menschen.

Gefördert wurden die Arbeiten der Freiburger Biologen von der Landesstiftung Baden-Württemberg, dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über die Freiburger Initiative für Systembiologie (FRISYS) sowie der Exzellenzinitiative von Bund und Ländern über das Zentrum für Biologische Signalstudien (bioss). Einer der Erstautoren der Veröffentlichung, M. Asif Arif, war Stipendiat des Deutschen Akademischen Auslandsdienstes (DAAD). Das Titelbild zur wissenschaftlichen Studie wurde gefördert durch die BioPro Baden-Württemberg GmbH.