Neuer Einblick in die Komplexität der Genregulation
ForscherInnen an den Max F. Perutz Laboratories der Universität Wien und der Medizinischen Universität Wien sowie an der Universität für Bodenkultur Wien (BOKU) sind auf einen völlig neuen Aspekt der Genregulation gestoßen, den sie Exitron-Spleißen nennen. Ihre Erkenntnisse, die kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Genome Research publiziert wurden, sind wichtig zur Erklärung der Komplexität der Genregulation und ihrer Anpassung auf Signale der Entwicklung und der Umwelt. Sie helfen, die evolutionäre Anpassung der Genregulation zu untersuchen und liefern wichtige Daten für die Entwicklung von Biomarkern und therapeutischen Angriffspunkten im Kampf gegen Krebs.
Spleißen ist ein wesentlicher Schritt bei der Kontrolle der Genexpression, der die Proteinvielfalt bei höheren Lebewesen gewährleistet. In vielen Genen unterbrechen Introns die Regionen, die für Produktion der Proteine notwendig sind (Exons). Während des alternativen Spleißvorgangs werden die Introns entfernt und die verbleibenden Exons in unterschiedlichen Kombinationen aneinandergefügt. Durch diesen Mechanismus kann die in Genen gespeicherte Information vielfältig “übersetzt” werden. Aus einem einzigen Gen können so zwei oder auch mehr Proteine entstehen. Etwa 95% der menschlichen Gene und 61% der Gene der in dieser Studie als Modellorganismus verwendeten Arabidopsis (Acker-Schmalwand, auch: Schotenkresse) werden alternativ gespleißt.
Alternatives Spleißen ist dafür verantwortlich, dass genetische Information kompakt gespeichert wird; wenn der Prozess nicht ordnungsgemäß funktioniert, können Krankheiten wie z.B Krebs oder Neurodegeneration die Folge sein. Es ist daher ein biologischer und medizinischer Forschungsschwerpunkt, die Vorgänge während des alternativen Spleißens und deren Evolution zu ergründen – nicht zuletzt, um neue Angriffspunkte für die klinische Diagnostik und Therapie zu finden.
Die Forschungsgruppe um Andrea Barta an den Max F. Perutz Laboratories (MFPL) sowie Maria Kalyna an der BOKU berichten nun über einen bisher nicht beschriebenen Vorgang während des alternativen Spleißens, den sie Exitron-Spleißen nennen.
“Exitrons ‘verstecken’ sich in Sequenzen der proteinkodierenden Exons und werden alternativ gespleißt. Sie weisen sowohl Merkmale von Exons als auch Introns auf”, erklärt Yamile Marquez aus Andrea Bartas Gruppe an den MFPL und Erstautorin der Studie. “Indem wir Datensätze der Modellpflanze Arabidopsis, aber auch von verschiedenen menschlichen Organen sowie Krebsproben analysierten, konnten wir zeigen, dass Exitron-Spleißen ein evolutionär konservierter Mechanismus bei Eukaryoten ist”, sagt Maria Kalyna, korrespondierende Autorin der Studie, die in der Gruppe von Andrea Barta tätig und nun Projektleiterin an der BOKU ist. “Wir liefern Beweise, dass das Exitron-Spleißen beim Menschen bei vielen wichtigen Genen eine Rolle spielt, wie etwa jenen, die in der Entstehung von Brustkrebs involviert sind”, fügt Maria Kalyna hinzu.
Die Studie ist von grundlegender Bedeutung, um die Mechanismen des alternativen Spleißens und die evolutionäre Anpassung der Genregulation zu verstehen. Darüber hinaus ebnet die Entdeckung den Weg für die Entwicklung von neuen therapeutischen Angriffspunkten und medizinischen Diagnosemöglichkeiten.
