Neue Forschung entdeckt zweiten genetischen Sensor für DNA-Methylierung in dichtem Chromatin

BerlinWissenschaftler haben einen neuen Sensor zur Aufrechterhaltung der DNA-Methylierung entdeckt, was unsere Sicht auf die Epigenetik verändert. DNA-Methylierung bezeichnet das Hinzufügen einer Methylgruppe an die Cytosinbase der DNA, wodurch die Genexpression gesteuert wird, ohne die DNA-Sequenz zu verändern. Dieser Prozess ist für die ordnungsgemäße Funktion verschiedener Zelltypen unerlässlich und seine Störung wird mit Krankheiten wie dem Immunodefizienz-, Zentromerinstabilitäts- und Gesichtsanomalien-Syndrom (ICF) in Verbindung gebracht.

Forscher dachten früher, dass das Protein UHRF1 das einzige sei, das hemimethyliertes DNA erkennt, was für die Erhaltung der DNA-Methylierung wichtig ist. Nun haben Wissenschaftler der Rockefeller University und aus Japan entdeckt, dass auch das CDCA7-Gen hemimethylierte DNA erkennt. Diese Entdeckung erklärt, wie Mutationen im CDCA7-Gen Krankheiten wie das ICF-Syndrom verursachen können und bringt mehr Verständnis über die damit verbundenen molekularen Prozesse.

Hauptbefunde der Studie umfassen:

• CDCA7 erkennt hemimethylierte DNA in eukaryotischen Zellen.
• CDCA7 leitet das HELLS-Protein zu diesen hemimethylierten Bereichen.
• Daraufhin modifiziert HELLS die Nukleosomen und macht die Stellen für UHRF1 zugänglich.

Die DNA-Replikation ist ein komplizierter Prozess, bei dem der DNA-Doppelstrang in Einzelstränge aufgeteilt wird. Bei der Entstehung der neuen komplementären Stränge werden die Methylgruppen nicht sofort kopiert, was zu hemimethylierten DNA führt. UHRF1 erkennt diese hemimethylierten Stellen und rekrutiert DNMT1, um die Methylierungsmarkierungen auf den neuen Strang zu übertragen. Dies muss vor dem nächsten Replikationszyklus geschehen, um die epigenetischen Markierungen zu bewahren.

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Die Entdeckung, dass CDCA7 spezifisch Hemimethylierung innerhalb eng gepackten Heterochromatins erkennt, ist von großer Bedeutung. Heterochromatin begrenzt den Zugang zu vielen Enzymen, einschließlich jener, die an der DNA-Methylierung beteiligt sind. CDCA7 arbeitet mit HELLS zusammen, einem Protein, das DNA von Nukleosomen lösen kann, um Hemimethylierungsstellen sichtbar zu machen. Dieser Vorgang verdeutlicht, dass CDCA7 in dichtem Chromatin effizienter agiert als UHRF1.

Die Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten, die Genregulation und die Organisation der Chromosomen zu verstehen. Zudem deutet sie darauf hin, dass Hemimethylierungssensoren nicht nur für die Aufrechterhaltung der DNA-Methylierung verantwortlich sind. Hemimethylierung in bestimmten Chromosomenbereichen könnte wichtige, noch unbekannte Funktionen haben. Weitere Forschungen könnten Zusammenhänge mit verschiedenen genetischen Störungen aufdecken und unser Wissen über die epigenetische Kontrolle erweitern.

Die Forschung zeigt, dass die epigenetische Regulation sowohl detailliert als auch komplex ist. Sie betont außerdem die bisherigen Fortschritte in diesem Bereich und eröffnet die Möglichkeit für zukünftige Entdeckungen.