DNA: Die Bedeutung der dritten Dimension

Bethesda / Boston (USA) - Nur zwei Prozent unseres Genoms besteht aus Genen - DNA-Abschnitten, die Informationen zum Bau von Proteinen tragen. Im übrigen Teil des Erbguts verbergen sich zahlreiche DNA-Regionen, die als Genschalter die Aktivität der Gene regulieren. Jetzt haben amerikanische Forscher ein neues Verfahren entwickelt, mit dem sich solche Regulationsorte im Genom aufspüren lassen. Dabei half ein Computerprogramm, die räumliche Struktur der DNA des Menschen und 36 anderer Säugetierarten miteinander zu vergleichen. Ähnliche dreidimensionale Molekülstrukturen an der gleichen Stelle im Erbgut kennzeichneten eine wichtige - und daher im Lauf der Evolution beibehaltene - Funktion dieses DNA-Abschnitts. So fanden die Wissenschaftler doppelt so viele Genschalter wie bisher durch den reinen Sequenzvergleich. Das Analyseverfahren kann auch dazu beitragen, neue genetische Ursachen von Krankheiten zu entdecken, schreiben die Forscher im "Science Express".

"Wir stellen uns die DNA oft als eine Kette von Buchstaben auf einem Computerbildschirm vor und vergessen, dass diese Kette von Buchstaben ein dreidimensionales Molekül ist", sagt Elliott Margulies, vom National Human Genome Research Institute in Bethesda. Zusammen mit Thomas Tullius von der Boston University entwickelte er eine Methode, mit der von der Sequenz eines DNA-Abschnitts auf die räumliche Struktur geschlossen werden kann. Krümmungen, Höcker und Furchen im DNA-Molekül entstehen durch chemische Wechselwirkungen zwischen den Basen (A, T, G, C) der Molekülketten. Diese Formen bestimmen letztlich, ob sich Proteine dort anlagern können und damit die Aktivität benachbarter Gene verstärken oder drosseln.

Die Forscher fanden heraus, dass etwa 12 Prozent der nicht für Proteine kodierenden DNA im menschlichen Genom von funktioneller Bedeutung sind. Bisher hatte man nur halb so viele solcher DNA-Abschnitte entdeckt. Das liegt daran, dass es Fälle gibt, in denen die Doppelhelix sehr ähnliche räumliche Formen annehmen kann, obwohl die Sequenz des Abschnittes nicht völlig identisch ist. Der Austausch eines einzelnen DNA-Bausteins in den regulatorischen Bereichen kann die räumliche Molekülstruktur aber auch stark verändern. Solche Mutationen können daher die Genregulation stören und die Ursache von Krankheiten sein. Die Ergebnisse zeigen, dass auch die Veränderung der dreidimensionalen DNA-Struktur ein wichtiges Kriterium der Selektion im Lauf der Evolution gewesen ist.