Dank einer neuen Methode können Wissenschaftler erstmals in der lebenden Zelle beobachten, wie Gene reguliert und mit Hilfe von Enzymen markiert und abgeschaltet werden. Ist dieser Vorgang gestört, können Mißbildungen und schwere Erkrankungen, wie zum Beispiel Krebs, die Folge sein. Die Technik ist deshalb insbesondere für die Krebsforschung von großer Bedeutung.
Die Träger der Erbinformation, die DNA-Fäden, liegen nicht nackt im Zellkern, sondern werden mit speziellen Proteinen verpackt. Die Aktivität der einzelnen Gene wird unter anderem über deren Verpackungsdichte gesteuert. So sind aktive Gene locker verpackt und der DNA-Faden für die Abschrift leicht zugänglich.
Methylgruppen schalten Gene ein und aus
Werden bestimmte Gene in einer spezialisierten Zelle, wie zum Beispiel einer Muskelzelle, nicht mehr benötigt, werden sie abgeschaltet, besonders dicht und unzugänglich aufgewickelt und von der Zelle mit so genannten Methylgruppen gekennzeichnet. Dafür sind bestimmte Enzyme, die DNA-Methyltransferasen, verantwortlich. Sie hängen die Methylgruppen an die Kontrollregion der betroffenen Gene und rasen danach wieder durch den Zellkern.
Das Markieren und Abschalten von Genen ist ein lebenswichtiger Vorgang. Werden jedoch die falschen Gene markiert und abgeschaltet, kann das fatale Folgen haben. Im schlimmsten Fall wird die fein austarierte Balance der Wachstumskontrolle gestört und es entstehen Krebszellen. So finden sich häufig bei Tumoren veränderte Methylierungsmuster, wodurch wichtige Gene für die Wachstumskontrolle fälschlich abgeschaltet werden, so dass sich ein Tumor ungebremst ausbreiten kann.
Leuchtfalle macht Schaltvorgang sichtbar
Bislang konnten die DNA-Methyltransferasen mangels Alternativen nur im Reagenzglas untersucht werden, was nicht der natürlich Umgebung in einer lebenden Zelle entspricht. Um sie direkt „in vivo“ erforschen zu können, hat die Arbeitsgruppe von Prof. Heinrich Leonhardt an der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) in Kooperation mit Dr.Cristina Cardoso vom Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) in Berlin-Buch die DNA-Methyltransferasen mit grün oder rot leuchtenden Proteinen markiert und somit in lebenden Zellen sichtbar gemacht.
Damit sie auch die Aktivität dieser angefärbten Enzyme messen können, haben die Forscher spezielle „Fallen“ (traps) in der Zelle aufgestellt. Jedesmal wenn eine Methyltransferase eine Methylgruppe anhängt, das heißt ein Gen für die Abschaltung markiert, schnappt die Falle zu, das Enzym hängt fest. Da die Enzyme farbig leuchten, kann dieses In-die-Falle-gehen mit geeigneten Mikroskopen beobachtet werden.
Mit dieser Technik ist es jetzt erstmalig möglich ein Enzym in lebenden Zellen bei der Arbeit zu beobachten. Die Forscher versprechen sich davon neue Erkenntnisse zur Regulation der DNA-Methyltransferasen und Hinweise auf mögliche, krebsauslösende Fehlerquellen. Ferner wollen sie mit dieser neuen Technik Wirkstoffe suchen, die diese Fehler wieder rückgängig machen und fälschlich abgeschaltete Gene wieder anschalten können. In Zukunft könnten so neue Wege zur Prävention und Therapie von Tumorerkrankungen möglich werden.
(Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC), 26.09.2005 – NPO)
