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Analyse epigenetischer Information in der DNA-Doppelhelix

TU-Forscher erzielen Fortschritt in der DNA-Analytik

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Die Grafik zeigt, wie Proteinsonden eine bestimmte Kombination zweier unterschiedlicher Modifikationen in beiden Strängen der CG-Abfolge erkennen können. © ACS Publications ​/​ CC
Das TU-Team hat Proteinsonden durch sogenannte gerichtete Evolution erzeugt, die selektiv eine bestimmte Kombination zweier unterschiedlicher Modifikationen in beiden Strängen der CG-Abfolge erkennen können.

Wissenschaftler der Fakultät für Chemie und Chemische Biologie der TU Dortmund haben einen wichtigen Fortschritt auf dem Gebiet der DNA-Analytik erzielt: Sie beschreiben erstmals molekulare Sonden, mit denen Kombinationen bestimmter epigenetisch modifizierter DNA-Bausteine in den beiden Strängen der DNA-Doppelhelix ausgelesen werden können. Die Forschungsergebnisse wurden im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.

DNA – die Erbsubstanz der Zelle – ist aus vier Bausteinen aufgebaut, die je eine der DNA-Basen A, G, C oder T enthalten. Diese Bausteine sind zu einem langen Strang verknüpft, der durch eine geordnete Paarung mit den DNA-Basen eines zweiten Stranges (A paart mit T und G mit C) die DNA-Doppelhelix bildet. Im menschlichen Genom kann die DNA-Base C unterschiedlich modifiziert werden, wenn sie in der Basenabfolge CG auftritt. Diese Abfolge tritt in beiden Strängen der Doppelhelix genau gegenüber auf und das enthaltene C kann auch in beiden Strängen modifiziert sein.

Die Modifikationen steuern maßgeblich, welche Gene einer Zelle ein- oder ausgeschaltet sind, und sind daher an der Ausbildung der Vielzahl unterschiedlicher Zelltypen des menschlichen Körpers beteiligt – etwa von Nervenzellen oder weißen Blutkörperchen. Es ist zudem schon lange bekannt, dass außerplanmäßig eingefügte oder fehlende Modifikationen von DNA-Bausteinen das Zellwachstum stören und eine gesunde Zelle in eine wuchernde Krebszelle verwandeln können. Aus diesem Grunde versuchen Wissenschaftler*innen herausfinden, wo genau diese Modifikationen im Genom auftreten.

Gleichzeitige Analyse beider DNA-Stränge

Während bereits routinemäßig alle vier möglichen Modifikationen positionsgenau in einem DNA-Strang detektiert werden können, ist dies bisher nicht für beide Stränge einer einzelnen DNA-Doppelhelix gleichzeitig möglich. Dr. Benjamin Buchmuller aus der Arbeitsgruppe von Prof. Daniel Summerer an der Fakultät für Chemie und Chemische Biologie hat nun erstmals Proteinsonden durch sogenannte gerichtete Evolution erzeugt, die selektiv eine bestimmte Kombination zweier unterschiedlicher Modifikationen in beiden Strängen der CG-Abfolge erkennen können.

In Zusammenarbeit mit Prof. Rasmus Linser wurden erste strukturelle Einsichten gewonnen, wie diese Sonde DNA erkennt. Zudem konnte in ersten Funktionstests gezeigt werden, dass mittels der Sonde geringe Mengen von DNA mit der entsprechenden Doppelhelix-Modifikation in Anwesenheit größerer Mengen menschlicher genomischer DNA nachgewiesen werden können.

Gemeinsam mit dem Chemical Genomics Center des Max-Planck-Instituts für Physiologie in Dortmund versuchen die Forscher nun, die Sonde für die Erstellung genauerer genomischer Landkarten dieser Doppelhelix-Modifikation einzusetzen, um z.B. neue Einsichten in die Embryonalentwicklung zu erhalten und Biomarker für Krebserkrankungen zu finden.

Die in der Fachzeitschrift Journal of the American Chemical Society veröffentlichte Studie wurde im Rahmen des Projekts EPICODE durchgeführt. Für dieses Projekt wird Prof. Daniel Summerer seit 2017 mit einem ERC Consolidator Grant des Europäischen Forschungsrats in Höhe von knapp zwei Millionen Euro gefördert. An den Studien mitgewirkt hat außerdem die Gruppe von Prof. Malte Drescher von der Universität Konstanz.
 

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