Forscher um Dr. Francesco Neri, Junior-Gruppenleiter der Forschungsgruppe „Epigenetik des Alterns“ am Leibniz-Institut für Alternsforschung (FLI) in Jena, fanden heraus, wie ein neuer Mechanismus der Gen-Inaktivierung vor Altern und Krebs schützen könnte. (Bild: Evelyn Kästner/FLI)

In jeder Zelle unseres Körpers steckt unsere gesamte DNA. So genannte Methylgruppen regulieren, dass im Genkörper aber jeweils nur die Erbinformationen ausgelesen werden, die für ein spezielles Gewebe nötig sind. Forscher vom Leibniz-Institut für Alternsforschung in Jena haben nun erstmals nachgewiesen, dass das Fehlen dieser Methylgruppen innerhalb eines Gens zur fehlerhaften DNA-Aktivierung führt und damit zur Krebsentstehung beitragen kann.

Jena – Der Bauplan unseres Körpers steckt in jeder unserer Zellen. Er ist in der DNA verschlüsselt und gliedert sich in einzelne Gene, die individuelle Eigenschaften bestimmen. Damit in jedem Gewebe auch nur gewebespezifische Zellen mit festgelegten Eigenschaften gebildet werden, ist die Gen-Auslese streng geregelt. In einer Darmzelle wird entsprechend nur der Gen-Katalog aktiviert, der die Zelle zur Darmzelle macht. Eine wichtige Rolle im Prozess der Genregulierung kommt sogenannten Methylgruppen zu. Werden sie enzymatisch an den Start eines Gens (sog. Promoter) angelagert, führt das zu dessen Stilllegung. Man spricht dann von einer DNA-Methylierung. Während der Alterung und bei der Entstehung von Krebs und Alternserkrankungen häufen sich Fehler bei der Aktivierung der korrekten Genabschnitte. Die genauen Prozesse und die Rolle der DNA-Methylierung waren bislang allerdings nur unzureichend untersucht.

Wenn im Genkörper Methylgruppen fehlen, kann Krebs entstehen

Die Funktion der DNA-Methylierung als „An-/Aus-Schalter“ an den Startpunkten (Promotern) von Genen ist seit einiger Zeit bekannt. Warum es aber auch innerhalb der einzelnen Gene (im sog. Genkörper) Methylgruppen gibt, war bislang völlig unklar. Forscher um Francesco Neri vom Leibniz-Institut für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena, und seine Kollegen von der Human Genetics Foundation und der Universität Turin, Italien, konnten nun erstmals nachweisen, dass Gene auch dann fehlerhaft ausgelesen werden, wenn es jenseits des Promoters im Genkörper zum Verlust der schützenden Methylgruppen kommt. In der Folge werden abnorme Proteine produziert, die den Zellaufbau stören, so dass Funktion und Identität der Zelle massiv gestört werden: die Zelle entartet, Krebs kann entstehen. Damit ist eines der großen Geheimnisse um die DNA-Methylierung gelüftet.

Gen-Auslese lässt sich chemisch steuern: Ein Ansatzpunkt zur Krebstherapie?

„Was die Ergebnisse so spannend macht, ist, dass wir jetzt endlich verstehen, warum bei vielen Krebszellen die DNA zu wenig methyliert ist. Ihr fehlt damit der Schutz vor einer Fehlaktivierung, so dass abnormale Proteine entstehen und es dadurch zur Ausbreitung von Krebszellen kommen kann“, erklärt Dr. Francesco Neri, Forschungsgruppenleiter am FLI und einer der Leiter der Studie. Im Gegensatz zu Fehlern, die sich im Laufe des Lebens in der DNA anhäufen, sind solche epigenetischen Veränderungen, wie sie bei der DNA-Methylierung vorkommen, aber prinzipiell mit chemischen Botenstoffen steuerbar. „Dieses völlig neue Verständnis davon, dass am Genkörper ohne DNA-Methylierung entartete Proteine entstehen können, liefert auch einen neuen Ansatz für die Krebstherapie. Denn wenn wir einen Weg finden, Methylgruppen zu freiliegenden DNA-Sequenzen von Krebszellen zu transportieren, können wir die Vermehrung von Krebszellen in Zukunft möglicherweise verhindern“, hofft Dr. Neri. Doch bis dahin ist es für den jungen Forscher noch ein weiter Weg.

Originalpublikation: Neri F, Rapelli S, Krepelova A, Incarnato D, Parlato C, Basile G, Maldotti M, Anselmi F, Oliviero O. Intragenic DNA methylation prevents spurious transcription initiation. Nature 2017, doi:10.1038/nature21373.