Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Hiroki Shibuya am RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research (BDR) in Japan hat ein genetisches Rätsel gelöst und einen bisher unbekannten Weg aufgedeckt, wie DNA das Zellverhalten steuern kann. Die am 23. Oktober in Science veröffentlichte Studie zeigt, dass im Spulwurm C. elegans die lebenswichtige RNA, die für die Intaktheit der Chromosomenenden benötigt wird, kein eigenes Gen hat. Stattdessen wandert sie per Anhalter in ein anderes. DNA-Trampen könnte eine gängige Strategie im Tierreich sein und hat Auswirkungen auf Anti-Aging-Therapien und die regenerative Medizin beim Menschen.
Telomere sind DNA-Kappen, die die Enden der Chromosomen schützen, ähnlich wie die Plastikenden von Schnürsenkeln. Mit zunehmendem Alter teilen sich unsere Körperzellen – die sogenannten somatischen Zellen –, wenn wir neues Gewebe benötigen. Dabei verlieren die Telomere einen Teil ihrer DNA. Einige Zeichen der Hautalterung hängen mit diesem Prozess zusammen. Beispielsweise produzieren Hautzellen mit kürzeren Telomeren weniger Kollagen, und die Haut wird faltig. Sind die Telomere zu kurz, zerstören sich die Zellen selbst.
Eine Ausnahme von dieser Regel bilden Spermien und Eizellenvorläuferzellen – kollektiv Keimzellen genannt. Bei ihrer Teilung fügt ein Enzym namens Telomerase Ersatz-DNA an die Enden verkürzter Telomere an. Aus diesem Grund verkürzt sich die Telomerlänge nicht mit jeder Generation, und Arten sterben nicht aus. Telomerase enthält eine RNA-Vorlage, die zur Herstellung der Ersatz-DNA verwendet wird. Bei Menschen und anderen Säugetieren stammt diese RNA vom TERC -Gen. C. elegans besitzt eine funktionierende Telomerase, scheint aber kein TERC -Gen zu besitzen. Dieses Rätsel hat Wissenschaftler über 20 Jahre lang vor Rätsel gestellt, und einige nahmen an, dass das Gen im Laufe der Evolution verloren gegangen sei. In seiner Studie entdeckte das Team am RIKEN BDR, wie C. elegans ohne ein eigenständiges TERC- Gen existieren kann.
Da die Telomerase-Konzentration normalerweise sehr niedrig ist, veränderten die Forscher C. elegans gentechnisch so, dass es das Telomerase-Protein überproduzierte. Dadurch konnten große Mengen des gesamten Telomerase-Komplexes, einschließlich der RNA-Vorlage, gesammelt werden. Anschließend nutzten sie die gesamte gesammelte RNA-Vorlage, um das Genom nach passender DNA zu durchsuchen. Anders als bei Säugetieren fanden sie die DNA nicht im eigenen Gen, sondern im Intron eines anderen Gens. Normalerweise werden die DNA-Anweisungen in Genen zum Aufbau von Proteinen verwendet. Einige Teile von Genen, sogenannte Introns, werden jedoch nicht zum Aufbau von Proteinen verwendet und normalerweise entfernt und verworfen, sobald das Protein des Gens hergestellt ist.
terc 1 rot wird in den Keimbahnkernen blau von
C elegans durch Per Anhalterfahrt auf einem in Keimzellen aktiven Gen produziert
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RIKEN
„Es war überraschend, dass die Schlüssel-RNA – die wir terc-1 genannt haben – in einem Intron des Gens nmy-2 versteckt war, das nur in Keimzellen exprimiert wird“, sagt Shibuya. „Tatsächlich war die Entdeckung, dass die essentielle Telomerase-RNA in einem Intron versteckt ist, völlig unerwartet.“
Experimente zeigten, dass bei C. elegans , denen Terc-1 fehlte , die Telomere mit jeder Generation kürzer wurden und die Tiere innerhalb von 15 Generationen ausstarben. Durch das Einfügen von Terc-1 in Introns anderer Gene, die in Keimzellen exprimiert werden, entstanden Spulwürmer mit normalen Telomeren, die nicht ausstarben. Im Gegensatz dazu starben die Tiere aus, wenn Terc-1 in Introns von Genen eingefügt wurde, die nur in somatischen Zellen aktiviert werden. Indem Terc-1 also in Gene eingeschleust wird, die in Keimzellen aktiviert werden, wird es dort produziert, wo es benötigt wird – in den Keimzellen. Dort trägt es dazu bei, dass zukünftige Generationen keine verkürzten Telomere erhalten und unterstützt so das Überleben der Art.
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