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Dienstag 23 Juli 2019

Schatzkarte hilft epigenetische Ursachen von Krankheiten verstehen

Die Erforschung epigenetischer Ursachen von Krankheiten ist kompliziert. Forscher haben nun dazu ein Werkzeug entwickelt, indem sie eine Karte der DNA-Methylierung im Genom von drei Geweben erstellt haben: der Schilddrüse, dem Herz und dem Gehirn.

Bereits seit mehr als 15 Jahren sind Wissenschaftler dabei, das menschliche Genom zu entschlüsseln. Dennoch lassen sich die meisten Krankheiten noch immer nicht mit Genanalyse allein vorhersagen. Das hat dazu geführt, dass immer mehr Wissenschaftler auf der Suche nach Krankheitsursachen auch die Epigenetik mit einbeziehen. Das erhöht die Komplexität und daher stellen sich Fortschritte in diesem Forschungsgebiet nur relativ langsam ein.


Wissenschaftlern des USDA/ARS Children’s Nutrition Research Center am Baylor College of Medicine und des Texas Children’s Hospital ist es nun gelungen, einen Teil des Genoms genauer zu kartieren. Ihr Bericht stellt für Wissenschaftler eine regelrechte Schatzkarte dar und kann die Erforschung von Epigenetik und Krankheitsbildern beschleunigen. Die Studie wurde in Genome Biology veröffentlicht. [1]


Epigenetik teilt den verschiedenen Gewebsarten mit, welche Gene in welchen Zellen ein- oder ausgeschaltet werden sollen. Dieser zellspezifische Charakter der Epigenetik sorgt für ihre hohe Komplexität und macht es so schwierig, epigenetische Zusammenhänge nachzuvollziehen. Anhand von Blutproben kann der Genotyp eines Menschen bestimmt werden, jedoch verraten die meisten epigenetischen Prägungen der Blut-DNA nichts über etwaige epigenetische Dysregulationen in anderen Teilen des Körpers, wie beispielsweise im Gehirn oder im Herzen.


Die Studie: DNA-Methylierung

In der vorliegenden Studie wurden Blutproben aus Genombereichen verwendet, aus denen die epigenetische Regulation im ganzen Körper abgeleitet werden kann. Zu diesem Zweck konzentrierten sich die Forscher auf die stabilste Form der epigenetischen Regulation: DNA-Methylierung. Diese Hinzufügung von Methylgruppen zu einem DNA-Molekül erfolgt im embryonalen Zustand und kann die Gesundheit ein Leben lang beeinflussen.


Um diejenigen Genombereiche zu identifizieren, in denen die DNA-Methylierung, obwohl von Mensch zu Mensch verschieden, beim selben Menschen über mehrere Gewebe hinweg konsistent ist, wurde die DNA-Methylierung in den Genomen von drei Gewebsarten analysiert, nämlich in Schilddrüse, Herz und Gehirn von zehn Spendern aus dem NIH Genotype-Tissue Expression (GTEx)-Programm.


Einer der Forscher erklärt: „Um die DNA-Methylierung abzubilden, haben wir Methylierungsinformationen in genetische Signale umgewandelt und dann das Genom sequenziert. Für diesen Atlas waren sehr viele Sequenzierungsdaten erforderlich, 370-mal mehr als für die erste Karte des menschlichen Genoms im Jahr 2001 verwendet wurden.“ [2] Die annähernd 10.000 von den Forschern kartierten Bereiche werden als Correlated Regions of Systemic Interindividual Variation (CoRSIVs) bezeichnet und enthalten eine Fülle von bisher unbekannten Informationen über die molekulare Individualität beim Menschen.


Gezielte Suche im Genom

Neuere Studien zeigen, dass die Methylierung in diesen Bereichen mit vielen Krankheiten wie Krebs, Autismus und Alzheimer assoziiert ist. Einer der Forscher hofft, dass die neuen Erkenntnisse die Erforschung von Epigenetik und Krankheit entscheidend voranbringen könnten, da nun präziser bekannt sei, wo im Genom gesucht werden müsse.


Und fügt hinzu: „Da Epigenetik imstande ist, stabile Gene zu deaktivieren und zu aktivieren, kann jede Krankheit, die eine genetische Grundlage hat, genauso gut eine epigenetische Grundlage haben. Es liegt für uns ein unglaubliches Potenzial darin, Krankheitsverläufe aus epigenetischer Sicht zu verstehen. Und CoRSIVs öffnen uns dazu die Türen.“


Wir sind mehr als nur eine Ansammlung von Genen

Wie diese Studie zeigt, wird die Expression von Genen unter anderem durch den Prozess der Methylierung bestimmt. Als Mensch sind wir daher viel mehr als nur ein Bündel von Genen. Epigenetische Genexpression wird durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst, zum Beispiel durch Ernährungs- und Bewegungsmuster, Toxine, Stress und Medikamenteneinnahme.

 

Literatur

[1] Chathura J. Gunasekara et al, A genomic atlas of systemic interindividual epigenetic variation in humans, Genome Biology (2019). DOI: 10.1186/s13059-019-1708-1

[2] https://medicalxpress.com/news/2019-06-treasure-epigenetic-disease.html