Die Geheimnisse der DNA durch uralte Genome enthüllt

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 (Image: Pixabay CC0)
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Forscherinnen und Forscher der EPFL enthüllen eine neue Methode, um Teile unseres Erbguts zu entdecken, die von früheren genetischen Parasiten stammen. Diese Methode liefert neue Erkenntnisse über die Evolution und die Gesundheit des Menschen.

Das menschliche Genom ist eine komplexe Ansammlung von lebensnotwendigen genetischen Informationen, die einige seltsame Eigenschaften birgt. Dazu gehören DNA-Abschnitte, sogenannte "transponierbare Elemente" (ET), die in der Lage sind, zu "springen" und sich im Genom zu bewegen.

Indem sie sich durch das Genom bewegen, können ETs Mutationen auslösen und das genetische Profil der Zelle verändern. Sie sind aber auch die Drahtzieher der Organisation und des Ausdrucks unseres Genoms. Beispielsweise tragen ETs zu regulatorischen Elementen, Bindungsstellen für Transkriptionsfaktoren und zur Entstehung chimärer Transkripte bei. Letztere sind Gensequenzen, die entstehen, wenn sich Abschnitte von zwei verschiedenen Genen oder zwei Teilen des Genoms zu einem neuen Hybrid-RNA-Molekül zusammenfügen.

Aufgrund ihrer funktionellen Bedeutung weiß man, dass die ETs die Hälfte der menschlichen DNA ausmachen. Während sie sich fortbewegen und altern, werden die ETs jedoch Veränderungen unterzogen, die ihre ursprüngliche Form verschleiern. Im Laufe der Zeit "degenerieren" die ETs und werden weniger erkennbar. Daher ist es für Wissenschaftler schwierig, sie zu identifizieren und in unserem Erbgut zu verfolgen.

In einer aktuellen Studie haben Forscherinnen und Forscher des Teams von Didier Trono an der EPFL einen Weg gefunden, um die Erkennung von ETs im menschlichen Genom zu verbessern. Sie verwendeten rekonstruierte angestammte Genome verschiedener Arten und konnten so degenerierte und zuvor nicht nachweisbare ETs im menschlichen Genom identifizieren. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Cell Genomics veröffentlicht.

Die Wissenschaftler nutzten eine Datenbank mit rekonstruierten Ahnengenomen aus verschiedenen Arten, wie eine genomische "Zeitmaschine". Durch den Vergleich des menschlichen Genoms mit den rekonstruierten Ahnengenomen konnten sie die ETs in letzteren identifizieren, die im Laufe von Millionen von Jahren beim Menschen degeneriert sind.

Durch diesen Vergleich konnten sie ETs erkennen ("annotieren"), die in früheren Studien, die nur Daten aus dem menschlichen Genom verwendeten, möglicherweise übersehen worden waren.

Mit diesem Ansatz entdeckten die Wissenschaftler mehr ETs als bisher angenommen, wodurch der Anteil unserer DNA, zu dem die ETs beitragen, deutlich erhöht wurde. Darüber hinaus konnten sie nachweisen, dass diese neu entdeckten ET-Sequenzen die gleichen regulatorischen Rollen spielen wie ihre jüngeren, bereits identifizierten Verwandten.

Die potenziellen Anwendungen sind weitreichend: "Ein besseres Verständnis der ETs und ihrer regulatorischen Elemente könnte zu einem besseren Verständnis menschlicher Krankheiten führen, von denen viele angeblich von genetischen Faktoren beeinflusst werden", sagt Didier Trono. "Das gilt in erster Linie für Krebs, aber auch für Autoimmun- und Stoffwechselerkrankungen und ganz allgemein für die Reaktion unseres Körpers auf Umweltstress und das Altern."

Referenzen

Wayo Matsushima, Evarist Planet, Didier Trono. Ancestral genome reconstruction enhances transposable element annotation by identifying degenerate integrants. Cell Genomics 30 January 2024. DOI: 10.1016/j.xgen.2024.100497