Forscher haben Tausende von unbekannten DNA-Sequenzen im Säugetiergenom gefunden

Eine umfassende vergleichende Studie der Genome von 29 Säugetierarten könnte zu einer Neuordnung der Funktions- und Organisationsprinzipien des menschlichen Genoms führen. Wissenschaftlern ist es gelungen, genetische „Dunkle Materie“ direkt sichtbar zu machen, deren Existenz lange vermutet wurde. Frühere Studien, die menschliche und Maus-DNA verglichen, kamen indirekt zu dem Schluss, dass es eine signifikante Anzahl regulatorischer Sequenzen gibt, die selbst keine Proteine kodieren, sondern die Aktivität anderer Gene steuern. Im Gegensatz zu den bereits bekannten und charakterisierten Regulatoren blieb ihre Existenz jedoch Hypothese. Deshalb wurden sie „Dunkle Materie“ genannt: Sie muss irgendwo sein, aber niemand konnte sie bisher sehen.

Dies gelang einem Forscherteam des Massachusetts Institute of Technology (USA) gemeinsam mit Kollegen aus anderen wissenschaftlichen Zentren weltweit. Fünf Jahre lang sequenzierten und verglichen sie die Genome von 29 Plazenta-Säugetieren, darunter Menschen, Elefanten, Kaninchen, Fledermäuse usw. Für zwanzig von ihnen gelang erstmals die Bestimmung der genomischen DNA-Sequenz. Wissenschaftler interessierten sich vor allem für Sequenzen, die sich von Art zu Art kaum veränderten. Der hohe Konservatismus dieser Regionen ließ sie regulatorische Sequenzen vermuten.

Und hier ist das Ergebnis: Es wurden 10.000 hochkonservierte Sequenzen gefunden, die die Genaktivität direkt beeinflussen, und mehr als 1.000, die als Grundlage für die Synthese regulatorischer RNAs mit komplexer Struktur dienen. Die Wissenschaftler entdeckten außerdem 2,7 Millionen Stellen – potenzielle Ziele für die Interaktion mit Transkriptionsfaktoren, die bestimmen, wo und wann ein Gen arbeiten soll. Darüber hinaus wurden 4.000 neue codierende Sequenzen mit Informationen über Proteine gefunden. Es muss gesagt werden, dass, obwohl das menschliche Genom vollständig gelesen wurde, die Funktionen vieler DNA-Sequenzen unklar bleiben. Betrachtet man nur ein Genom, ist es fast unmöglich zu sagen, welche Stelle selbst für ein Protein codiert und welche eine regulatorische Funktion erfüllt. Im Vergleich mit anderen Genomen ist diese Aufgabe jedoch durchaus lösbar.

Forscher konnten die Evolution der Säugetiere über 100 Millionen Jahre auf molekularer Ebene nachvollziehen. Die Anpassung des Organismus an veränderte Umweltbedingungen spiegelt sich in Veränderungen der Genomregulation sowie in der Menge und Aktivität eben jener „Dunkelmaterie“ (die nicht mehr so „dunkel“ ist) wider. So lässt sich heute beispielsweise herausfinden, welche Gene aus einem Affen einen Menschen gemacht haben. Früher gab es etwa 200 davon; einige von ihnen waren für die Gehirnentwicklung und den Aufbau der Gliedmaßen verantwortlich. Heute ist die Zahl solcher DNA-Sequenzen auf 1.000 gestiegen.

Auch die Medizin steht vor neuen Herausforderungen. Zahlreiche Krankheiten sind auf Mutationen direkt im kodierenden Bereich der DNA zurückzuführen: Diese Mutationen schädigen die Struktur der Proteine selbst. Noch mehr Krankheiten entstehen jedoch durch Störungen in der Regulation der Genaktivität – wenn Proteine dort synthetisiert werden, wo sie nicht sollten, oder nicht dort, wo sie sollten, oder nicht in der benötigten Menge. Mit einer neuen, detaillierten und erweiterten Karte der regulatorischen Elemente im Genom wird es nun möglich sein, die wahre Ursache vieler Krankheiten zu bestimmen.