Die dreidimensionale Faltung von DNA liefert wichtige epigenetische Mechanismen bei der Bildung von Herzmuskelzellen

Our Technical Reality / Unsere technische Realität (FULL) [deutsche Untertitel] (Juli 2019).

Anonim

Während der Differenzierung von pluripotenten Stammzellen zu Kardiomyozyten reorganisiert sich die dreidimensionale Faltung der DNA. Diese Reorganisation der DNA-Architektur geht wichtigen epigenetischen Mustern voraus und definiert sie. Ein Team um Privatdozent Dr. Ralf Gilsbach und Stephan Nothjunge, die beide an der Universität Freiburg in der Abteilung für Experimentelle und Klinische Pharmakologie und Toxikologie unter der Leitung von Prof. Dr. Lutz Hein forschen, ist zu diesem Schluss gekommen. Die Ergebnisse legen nahe, dass die räumliche Organisation des Genoms ein wichtiger Schalter für die Definition von Zelltypen ist, was einen vielversprechenden Ausgangspunkt für zukünftige Reprogrammierungsstrategien darstellt. Das Team hat seine Ergebnisse kürzlich im Wissenschaftsmagazin Nature Communications veröffentlicht .

Das Genom speichert Informationen über eine Organismenentwicklung. Jede Zelle trägt diese Information dicht gepackt auf einem zwei Meter langen DNA-Strang im Zellkern und spezifische epigenetische Mechanismen kontrollieren den Zugang zum "Bauplan des Lebens". Da jeder Zelltyp in einem Säugerorganismus temporolspezifisch Zugang zu genomischen Arealen benötigt, ist das Epigenom entscheidend für die Bestimmung der zellulären Identität. Es ist bereits bekannt, dass verschiedene epigenetische Mechanismen mit der Zelldifferenzierung verbunden sind. Besonders unverzichtbar ist die Methylierung von DNA, bei der Methylgruppen an spezifische Nukleotide doppelsträngiger DNA gebunden sind. Neuere Studien zeigen auch, dass Differenzierungsprozesse von einer Reorganisation der dreidimensionalen Faltung der DNA begleitet werden. Bislang war jedoch unklar, was bei der Kardiomyozytendifferenzierung zuerst passiert: Die Reorganisation der Faltung der DNA im Zellkern oder die Methylierung der DNA - und ob diese Mechanismen voneinander abhängig sind.

Um diese Frage zu beantworten, verwendete das Team um die Freiburger Pharmakologen moderne Sequenzierungsmethoden. Diese ermöglichten die Kartierung der dreidimensionalen Genomorganisation sowie epigenetischer Mechanismen bei der Differenzierung von Kardiomyozyten über das gesamte Genom hinweg. Zu diesem Zweck haben die Forscher Methoden zur Isolierung von Kardiomyozyten in verschiedenen Entwicklungsstadien aus gesunden Mausherzen etabliert. Diese zelltypspezifische Analyse war essenziell, um zu zeigen, dass es ein enges Zusammenspiel zwischen epigenetischen Mechanismen und der räumlichen Faltung der DNA im Kern der Kardiomyozyten gibt. Der Vergleich verschiedener Entwicklungsstadien zeigte, dass die Art der räumlichen Faltung der DNA definiert, welche Methylierungsmuster gebildet werden und welche Gene aktiviert werden. Die Forscher bewiesen, dass die räumliche Anordnung der DNA nicht von der DNA-Methylierung mit Zellen abhängt, die unter anderem keine DNA-Methylierung haben. Die dreidimensionale Genomorganisation ist somit eine zentrale Schaltstelle zur Bestimmung der zellulären Identität. In Zukunft wollen die Forscher mit diesem Schalter zelluläre Funktionen steuern.