Wissenschaftler erweitern Mechanismus zum Knacken von biochemischem Code

Seit der Zeit des alten Ägypten machen und brechen Menschen Geheimcodes, um kritische Informationen zu speichern und zu erhalten. Das menschliche Leben selbst basiert auf einem genetischen Code von DNA- oder RNA-Sequenzen, die von Zellen gelesen und in Proteine übersetzt werden – die Bausteine des Lebens. Jüngste wissenschaftliche Entdeckungen haben die Mechanismen des Körpers für die Transkription von DNA, die durch den „Histoncode“ reguliert wird – verschiedene chemische Markierungen an den Schwänzen von Histonproteinen, die Makromoleküle in Zellkernen sind, die für die Verpackung und Strukturierung der DNA verantwortlich sind, aufgedeckt.

Nach acht Jahren Studie veröffentlichte ein Team von Forschern der University of California San Diego und der Johns Hopkins University neue Erkenntnisse darüber, wie man den Histoncode des Körpers in der Ausgabe vom 7. November von Science Advances lesen kann. Die Ergebnisse beantworten eine Schlüsselfrage im dynamischen Forschungsgebiet der Epigenetik, die DNA- und Histonproteine mit chemischen Tags versehen, um Zellfunktionen zu verändern, ohne die DNA-Sequenz zu verändern. Das Verständnis der Grundprinzipien, wie epigenetische Informationen in der Zelle übertragen werden, könnte schließlich zur Entwicklung neuer Medikamente zur Bekämpfung von Krankheiten wie Krebs führen.

In dem Forschungsartikel mit dem Titel „Deciphering and engineering chromodomain-methyllysine peptide recognition“ geben Wei Wang, Postdoktoranden und seine Kollegen in den Abteilungen Pharmakologie, Bioengineering und Zelluläre und Molekulare Medizin sowie Wissenschaftler von Johns Hopkins eine mechanistische Erklärung, wie Kombinationen von Histonmodifikationen von bestimmten Proteinen gelesen werden könnten – was zu Veränderungen der Genexpression und Interpretation von Informationen führt, die im DNA-Genom kodiert sind.

„Wir haben ein Modell entwickelt, um zu verstehen, wie Leseproteine durch verschiedene Kombinationen von Histonmodifikationen sehen, die die Informationen, die in der Markierung von Histonproteinen kodiert sind, interpretieren und umsetzen, ohne die DNA-Sequenz zu verändern“, sagt Wang.

Wang erklärte, dass, wenn eine Person ihr Gesicht erfindet, das Make-up das Aussehen der Person verändern könnte, aber sie oder er kann immer noch als die gleiche Person identifiziert werden. Im Körper können Histonmodifikationen verschiedene Kombinationen hervorrufen, wie beispielsweise das Make-up einer Person, die die chemischen Eigenschaften der Histonproteine verändern können. Aber Wang und Kollegen fanden heraus, dass Leseproteine die gleichen chemischen Eigenschaften erkennen, auch wenn sie aus verschiedenen Kombinationen von Histonmodifikationen resultieren. Laut Wang ist die Anzahl der möglichen Kombinationen verschiedener chemischer Tags enorm, so dass der Histoncode nicht gut definiert ist. Die neuen Ergebnisse deuten jedoch auf eine Möglichkeit hin, den Histoncode zu definieren, ein Rechenmodell, das die chemischen Eigenschaften von Histonproteinen darstellt. Es ist wie das Durchschauen des Make-ups einer Person und das Aufdecken der wahren Identität der Person.

„Basierend auf dem Berechnungsmodell sind wir in der Lage, die Reader-Proteine so zu konstruieren, dass sie ihre Bindung an bestimmte Histonmodifikationen verändern oder verstärken“, erklärt Wang. „Wenn Leserproteine mit bestimmten Mutationen erzeugt werden, können wir sie als bildgebende Sonden verwenden, um die Dynamik von Histonmodifikationen in lebenden Zellen zu überwachen. Das ist etwas, das mit Antikörpern nicht möglich ist.“

Mehr Informationen:
Ryan Hard et al. Entschlüsselung und Engineering der Erkennung von Chromodomänen-Methyllysin-Peptiden, Science Advances (2018). DOI: 10.1126/sciadv.aau1447

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tekk.tv

Lange Zeit war Paul Florian in der TV-Branche tätig. Schon immer gab es eine Schublade voller Handys (und später Smartphones) in seiner Wohnung. Als Online-Redakteur hat der Nerd in ihm diese Schublade nun für Tekk geöffnet.

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