Was die 3D-Struktur der DNA über Krankheiten verrät
Bereits als Doktorand an der Universität Edinburgh hat sich Dr. Michael Robson mit den molekularen Grundlagen von Muskeldystrophien beschäftigt, einer Gruppe genetisch bedingter Krankheiten, die zu fortschreitendem Muskelschwund führen. In der Arbeitsgruppe von Professor Stefan Mundlos am Max-Planck-Institut für Molekulare Genetik analysierte er dann die nicht-kodierenden Bereiche der DNA und ihre Rolle bei Krankheiten. „Dieses Problem lässt mich seit meiner Promotion nicht los. Ich möchte einfach wissen, was da wirklich vor sich geht“, sagt er.
Die neue Arbeitsgruppe von Robson am Berliner Institut für Medizinische Systembiologie des Max Delbrück Center (MDC-BIMSB) in Berlin wird nun untersuchen, wie Fehler in der dreidimensionalen Struktur der DNA zu genetischen Erkrankungen wie Muskeldystrophien führen können.
Wie genau der Erbgutfaden in den eng gewickelten DNA-Protein-Komplexen, dem Chromatin, angeordnet ist, entscheidet über die Funktion einer Zelle. Proteine binden an das Chromatin und lockern die Verpackung; so können bestimmte Gene abgelesen werden. Unzugängliche Gene sind an der Hülle des Zellkerns platziert, während die aktiven Gene ins Zentrum wandern. Das Team von Robson untersucht, welche Moleküle und Ereignisse zusammenkommen müssen, damit Gene von einem Zustand in den anderen wechseln. Denn dieser Prozess könnte eine noch unbekannte Rolle bei der Entstehung vieler genetischer Krankheiten wie Muskeldystrophien und Netzhauterkrankungen spielen.
„Noch verstehen wir nicht wirklich, wie all diese Teile des Puzzles zusammenpassen“, sagt Robson. „Wir untersuchen Krankheiten, bei denen einzelne Komponenten fehlerhaft sind. So wollen wir ermitteln, wie sie normalerweise funktionieren sollten und wie wir sie reparieren können.“
Was passiert, bevor ein Gen eingeschaltet wird?
Die Arbeitsgruppe wird eine neue Technologie namens „single cell Dam & T sequencing“ nutzen: Wenn sich das für die Untersuchung interessante Protein an die DNA anheftet, wird jedes Mal ein benachbarter Abschnitt markiert. So können die Wissenschaftler*innen letztlich die Ereignisse verfolgen, die zur Aktivierung des Gens geführt haben. Das Team hat bereits damit begonnen, diesen Prozess in gesunden Muskelzellen zu kartieren. Auch den Verlauf bestimmter genetischer Erkrankungen wollen sie so nachzeichnen. Dafür arbeiten sie sowohl mit Mäusen als auch mit neuromuskulären Organoiden. Doch Organoide haben eigene Limitationen: „Wenn man sich einen lebenden Organismus anschaut, merkt man plötzlich, warum all diese Systeme so kompliziert sind“, sagt Robson.
Text: gav
