Die genetischen 'Schalter' des Knochenwachstums

BerlinWissenschaftler der Universität Genf haben bedeutende genetische Sequenzen entdeckt, die das Knochenwachstum steuern. Nur 3% des Säugetiergenoms enthalten Gene, die Proteine für biologische Funktionen und Entwicklungen produzieren. Diese Gene werden von anderen Sequenzen, sogenannten Enhancern, kontrolliert, die Gene an- oder ausschalten können.

Forscher entdeckten 2.700 DNA-Abschnitte, die das Knochenwachstum steuern. Diese Entdeckung trägt dazu bei, zu erklären, warum Menschen unterschiedlich groß sind und könnte einen Grund für bestimmte Knochenerkrankungen aufzeigen.

Viel von unserer Körpergröße erben wir von unseren Eltern. Einige genetische Krankheiten können das Knochenwachstum beeinflussen, manchmal aus Gründen, die wir nicht verstehen. Der Grund dafür könnte nicht in den Genen selbst liegen, sondern in anderen Teilen des Genoms, die diese Gene steuern.

Guillaume Andrey, Professor an der Medizinischen Fakultät der UNIGE und am Genfer Institut für Genetik und Genomik, leitete die Studie. Er erklärt, dass kleine DNA-Sequenzen, sogenannte Enhancer, die Umwandlung von DNA in RNA steuern, welche dann Proteine herstellt. Wir wussten schon, welche Gene an der Knochenbildung beteiligt sind, aber nicht, was sie reguliert. Diese Forschung hilft uns, diese Regulierung besser zu verstehen.

Hier sind ihre Entdeckungen:

• Das Team nutzte eine innovative Technik, um Maus-Embryonen mit fluoreszierenden Knochen zu erzeugen.
• Sie isolierten und untersuchten diese Zellen, um die Funktion von Enhancern während der Knochenentwicklung zu verstehen.
• Sie identifizierten die spezifischen regulatorischen Sequenzen, die die knochenbildenden Gene steuern.
• Sie deaktivierten diese Enhancer, um ihre Rolle bei der Genaktivierung zu bestätigen.

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Knochen, die leuchten, wurden mit einer neuen Methode aus Maus-Stammzellen hergestellt. Diese Methode ermöglichte es den Wissenschaftlern, die Knochen in Maus-Embryonen zu sehen und erleichterte somit die Trennung von Zellen für Forschungszwecke. Fabrice Darbellay, ein Forscher in Andreys Labor, leitete diesen Teil der Studie. Das Team beobachtete die Chromatinaktivität, bei der DNA verpackt wird, in den leuchtenden Knochenzellen.

Sie identifizierten die DNA-Abschnitte, die für die Steuerung der knochenbildenden Gene verantwortlich sind, mithilfe von Genaktivierungsmarkern. Ihre Ergebnisse bestätigten sie, indem sie diese Steuerungsabschnitte ausschalteten, während die Hauptgene aktiv blieben. Wenn die Genaktivierung stoppte, zeigte dies, dass sie die richtigen Steuerungsabschnitte gefunden hatten.

Bei Mäusen entdeckten Wissenschaftler 2.700 genetische Schalter, von denen 2.400 auch im Menschen vorkommen. Chromosomen sind lange DNA-Stränge. Bestimmte DNA-Regionen, sogenannte Enhancer, kontrollieren nahegelegene Gene. Diese Regionen und die von ihnen regulierten Gene befinden sich auf demselben Chromosom, was eine effektive Interaktion ermöglicht. Unterschiede in der Aktivität dieser Regionen könnten Variationen in der Körpergröße zwischen Menschen erklären. Die Aktivität der Knochenzellen steht in direktem Zusammenhang mit der Knochengröße und der Gesamtkörpergröße.

Viele Knochenerkrankungen sind nicht auf Veränderungen in den Gen-Sequenzen zurückzuführen, sondern könnten mit Veränderungen in den regulatorischen Bereichen des Genoms zusammenhängen. Dokumentierte Fälle zeigen, dass es diese regulatorischen Bereiche und nicht die Gene selbst sind, die Knochenerkrankungen verursachen. Es ist wahrscheinlich, dass viele Knochenerkrankungen unbemerkt bleiben, wenn die Gen-Sequenzen normal erscheinen. Probleme mit diesen regulatorischen Bereichen können auch andere Entwicklungsstörungen verursachen.

Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.