Zum ersten Mal konnten kalifornische Genforscher ein komplettes menschliches Epigenom entschlüsseln. Es enthält im Gegensatz zum Genom nicht nur die Bausteinabfolge des Erbguts einer Zelle, sondern auch Informationen über dessen Regulierung und Steuerung und somit darüber, in welche Richtung sich eine Zelle tatsächlich entwickelt. Epigenetische Informationen entscheiden letztlich, ob sich eine Zelle zu einer Muskel-, Nerven-, Hautzelle oder sonst einer spezialisierten Zellart weiterentwickelt. Sie spielen auch eine Schlüsselrolle bei der Entstehung von Krebs und könnten daher ein interessanter Ansatz für neue Krebstherapien sein.
Alle Informationen, die eine Zelle ausmachen, sind in ihrem Erbgut gespeichert. Die Abfolge der Bausteine alleine, die sogenannte Sequenz, ist dabei aber nur die halbe Miete, denn weder sind die einzelnen Abschnitte in jeder Zelle gleich wichtig, noch werden sie zum selben Zeitpunkt abgelesen. Unterschiede in der Genregulation entscheiden über das Schicksal einer Zelle: Obwohl nahezu alle Körperzellen über die gleiche Erbgutsequenz verfügen, können sie im Endeffekt so unterschiedliche Gewebe bilden wie den Darm, das Gehirn oder die Zähne. Das wichtigste Instrument dieser Genregulation ist die Methylierung: An einige DNA-Bausteine hängt der Körper kleine chemische Schalter, Methylgruppen genannt, an und schaltet damit dahinterliegende Gene aus.
Um das Rätsel der sogenannten Zelldifferenzierung, also der unterschiedlichen Prägung verschiedener Zellarten, zu lösen, haben die Genetiker nun das Methylierungsmuster von zwei sehr unterschiedlichen Zellen miteinander verglichen. Sie entschlüsselten das Methylom, wie das Epigenom auch genannt wird, einer embryonalen Stammzelle und dasjenige einer Zelle aus dem Lungengewebe eines Fötus. Dabei war die Anzahl bestimmter Methylgruppen bei der Stammzelle überraschend niedrig. Als die Forscher die Zelle im Labor künstlich dazu anregten, sich zu spezialisieren, nahm ihr Methylierungsgrad zu. Offenbar sind nicht methylierten Basenpaare an bestimmten Stellen eine wichtige Eigenschaft von unspezialisierten Stammzellen. Bisher habe sich die Forschung hauptsächlich auf methylierte Basenpaare konzentriert, erklärt Co-Autor Mattia Pelizzola.
Diese Resultate sind laut den Forschern ein erster Schritt auf dem Weg zum Verständnis des Methylierungsmusters von Zellen und wie dieses sich über die Zeit verändert. Interessant sind dabei vor allem zwei Aspekte: die Emryonalentwicklung und der Alterungsprozess. Davon erhoffen sich Wissenschaftler unter anderem ein besseres Verständnis von Krankheiten wie Krebs. Es könnte beispielsweise helfen, Medikamente zu entwickeln, die direkt auf der epigenetischen Ebene wirken, also in das Methylierungsmuster von Zellen eingreifen. Einige solche Medikamente existieren bereits, aber ihre Wirkungsweise ist nicht vollständig aufgeklärt, erklärt Joseph Ecker, ein weiterer Autor der Studie.
Ryan Lister (Salk Institut in La Jolla) et al.: Nature, doi:10.1038/nature08514 ddp/wissenschaft.de – Martina Bisculm
