Jeden Tag finden in unserem Körper etwa 330 Milliarden Zellteilungen statt, die dafür sorgen, dass unser Körper reibungslos funktioniert und sich regeneriert. Dieser Mechanismus beruht auf dem Zellzyklus, einem Prozess, der seit den ersten lebenden Organismen beibehalten wurde. Sein Prinzip ist unverändert: Der Inhalt einer Zelle wird verdoppelt und dann in zwei "Tochterzellen" geteilt.
In komplexen Organismen hat sich dieser Zyklus jedoch erheblich weiterentwickelt. Eine Frage bleibt also: Welche Rolle spielen die neu aufgetauchten Gene bei der Regulierung dieses grundlegenden Prozesses?
Um diese Frage zu beantworten, haben Romain Forey und Cyril Pulver, die in der Gruppe von Didier Trono an der EPFL arbeiten, Zellbiologie und Genomik kombiniert. Zusammen mit ihrem Kollegen Alex Lederer haben sie einen detaillierten Atlas der Genaktivität während des menschlichen Zellzyklus erstellt, der heute der wissenschaftlichen Gemeinschaft und der breiten Öffentlichkeit zugänglich ist. Die Studie wurde in Cell Genomics veröffentlicht.
Das Projekt zeichnet sich durch seinen interdisziplinären Charakter aus, der sinnbildlich für die an der EPFL durchgeführten Forschungsarbeiten ist. "Romain leitete alle zellbiologischen Experimente und brachte sein Fachwissen über den Zellzyklus ein, während ich für die Genomanalysen zuständig war", erklärt Cyril Pulver.
Er fügt hinzu: "Allerdings haben wir unsere Bereiche nicht strikt getrennt: Die wichtigsten Hypothesen, die mathematische Modellierung und die Experimente wurden gemeinsam entworfen. Wir verdanken auch Alex Lederer aus dem Labor von Gioele La Manno viel, der eine entscheidende Analyse der CRISPRi-Daten durchführte und 1,9 Millionen Zellen im Zyklus anhand der Expression ihrer Gene positionierte."
Ausgehend von diesem Atlas konzentrierten sich die Forscher auf eine Gruppe von Genen, die für Transkriptionsfaktoren kodieren - Proteine, die die Aktivierung oder Inaktivierung von Genen regulieren. Sie fanden heraus, dass einige dieser Faktoren, die den reibungslosen Ablauf des Zellzyklus orchestrieren, überraschenderweise erst vor kurzem in der Evolution aufgetaucht sind.
Genauer gesagt regulieren mehrere Transkriptionsfaktoren, die vor der Entstehung der Säugetiere und teilweise sogar der Primaten nicht existierten, die Expression von viel älteren Genen, die an der Kontrolle ganz bestimmter Phasen des Zyklus beteiligt sind. Wenn einige dieser "jungen" Faktoren inaktiviert waren, blieben die Zellen in bestimmten Phasen stecken oder verloren ihre Synchronisation mit dem Rest der Population, wodurch der geordnete Ablauf der Teilung gestört wurde.
Eines der auffälligsten dieser Gene ist ZNF519 , das nur bei Primaten vorkommt. Seine Inaktivierung beeinträchtigt die DNA-Duplikation - ein entscheidender Schritt vor der Zellteilung - und verlangsamt so das Zellwachstum. Das Team bestätigte, dass ZNF519 direkt an die DNA von Schlüsselgenen des Zellzyklus bindet und diese auf zeitlich sehr präzise Weise unterdrückt.
Ein weiterer Faktor, ZNF274 , der bei Säugetieren vorkommt, aber bei Reptilien oder Fischen nicht vorhanden ist, beeinflusst den Zeitpunkt der Replikation bestimmter Regionen des Genoms. Dieser Mechanismus steht in Zusammenhang mit der Erhaltung des Epigenoms und der dreidimensionalen Organisation des Zellkerns.
"Wir stellen der Gemeinschaft eine umfassende Ressource zur Verfügung, die sich mit der Genexpression während des menschlichen Zellzyklus und den Auswirkungen der Inaktivierung von Genen auf den Verlauf dieses Prozesses befasst. Wir glauben, dass diese Ressource für Forscherinnen und Forscher auf der ganzen Welt von Nutzen sein wird", schliesst Cyril Pulver.
Diese Studie zeigt, dass selbst so alte Prozesse wie die Zellteilung neue genetische Akteure integrieren, von denen einige spezifisch für die menschliche Spezies oder ihre nahen Verwandten sind. Diese Ergebnisse könnten unser Verständnis von Krankheiten wie Krebs - bei denen der Zellzyklus häufig gestört ist - erhellen und erklären, warum bestimmte Krebsarten oder Entwicklungsstörungen menschenspezifische Merkmale aufweisen
Andere Mitwirkende
Nexco AnalyticsReferenzen
Cyril Pulver, Romain Forey, Alex R. Lederer, Martina Begnis, Olga Rosspopoff, Joana Carlevaro-Fita, Filipe Martins, Evarist Planet, Julien Duc, Charlène Raclot, Sandra Offner, Alexandre Coudray, Arianna Dorschel, Didier Trono. Evolutionarily recent transcription factors partake in human cell cycle regulation. Cell Genomics 23 June 2025. DOI: 10.1016/j.xgen.2025.10092327.
Ein Protein im Herzen der Zelle lässt bestimmte Gene verstummen
13.
Krebszellen dem Immunsystem aussetzen
01.
Die Geheimnisse der DNA durch uralte Genome enthüllt
