Weitaus mehr Bausteine des menschlichen Erbguts (Genom) als bisher gemeinhin angenommen haben eine Funktion. Das menschliche Genom enthält rund 22 000 Gene – also Baupläne für Proteine, die ihrerseits jedoch nur ca. 2 % des gesamten Genoms ausmachen. Wissenschaftler des Encode-Konsortiums haben nun herausgefunden, dass mindestens 80 % des menschlichen Genoms eine Funktion besitzen und nicht – wie bis dato vermutet – sinnlose Abschnitte, sogenannte Junk-DNA – darstellen. (1) (2) (3) (4)
Im Jahr 2000 war von den beiden US-amerikanischen Forschern Francis Collins und Craig Venter die Rohversion des sequenzierten menschlichen Genoms präsentiert und anschließend im Jahr 2001 veröffentlicht worden. Das Humangenomprojekt Hugo, ein öffentlich finanzierter Bund von zunächst 1000 Forschern aus 40 Ländern, konnte 2003 abgeschlossen werden, als die noch vorhandenen Lücken im menschlichen Erbgut komplett dechiffriert waren. Im Anschluss an Hugo wurde vom National Human Genome Research Institute in den USA das öffentliche Forschungskonsortium Encode(5) (Encyclopedia of DNA Elements) mit dem Ziel ins Leben gerufen, alle Elemente im menschlichen Genom zu identifizieren, die eine Funktion haben. Die im Rahmen von Encode generierten Daten (bisher 15 Terabytes) sind für die Öffentlichkeit frei zugänglich.
Über viele Jahre hatte man angenommen, dass große Teile des aus drei Milliarden Bausteinen bestehenden menschlichen Genoms im Verlauf der Evolution angesammelter Müll (Junk-DNA) ist, dem keinerlei Funktion zukommt. Basierend auf den aktuellen Erkenntnissen der Encode-Forscher ist nunmehr klar, dass großen Teilen der vermeintlichen Junk-DNA doch Aufgaben zukommen. Insgesamt weisen demnach 80,4 % des menschlichen Genoms eine steuernde Funktion auf. So fungieren beispielsweise diese Bereiche quasi als Schalter und regulieren das An- und Abschalten einzelner Gene oder wirken sich auf die Struktur der Gene aus. Die Forscher haben vier Millionen Schalter gefunden, mit denen die Aktivität der Gene gesteuert werden. Dabei liegen diese Schalter nicht nur unmittelbar vor den Genen, sondern mitunter auch überraschend weit von diesen entfernt. Oder es handelt sich um Bereiche im Genom, die dafür verantwortlich sind, wie dicht die Genstränge um bestimmte Proteine – die Histone – im Zellkern gewickelt sind. Bei dichter Packung sind die Gene inaktiv und können nicht abgelesen werden.
Diese Erkenntnisse sind für die biopharmazeutische Forschung von großer Bedeutung, denn damit ist klar, dass nicht nur Veränderungen in den eigentlichen Genen zu Krankheiten führen können, sondern auch Veränderungen in den bisher als Junk-DNA beschriebenen Bereichen des Genoms. Im Rahmen von Encode konnte dies bereits ansatzweise für die chronische Darmentzündung Morbus Crohn, die Nervenerkrankung Multiple Sklerose sowie für Herzerkrankungen gezeigt werden.
Encode steht mit seinen Erkenntnissen noch am Anfang. Bis ein umfassender Katalog aller einzelnen Teile des menschlichen Genoms, denen eine Funktion zukommt, vorliegt, werden noch viele weitere Forschungsaktivitäten erforderlich sein. Diese molekularbiologische Hightech-Forschung wird allerdings die Basis für wichtige Erkenntnisse im Hinblick auf die Entstehung von Krankheiten sein und damit auch neue therapeutische Ansätze zum Nutzen für betroffene Patienten ermöglichen.
Quellen:
(1) The ENCODE Project Consortium, An integrated encyclopedia of DNA elements in the human genome, Nature, 2012, Vol. 489, pp 57–74
(2) Neph et al., An expansive human regulatory lexicon encoded in transcription factor footprints, Nature, 2012, Vol. 489, pp 83–90
(3) Schadt and Chang, A GPS for navigating DNA, Science, 2012, Vol. 337, pp 1179–1180
(4) Maurano et al., Systematic localization of common disease-associated variation in regulatory DNA, Science, 2012, Vol. 337, pp. 1190–1195
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