Die genetischen „Schalter“ des Knochenwachstums: 2700 Enhancer bei Säugetieren entdeckt

BerlinWissenschaftler der Universität Genf haben 2700 Verstärkerelemente entdeckt, die das Knochenwachstum bei Säugetieren steuern. Diese Verstärkerelemente sind kurze DNA-Sequenzen, die Gene an- oder abschalten. Nur 3% unseres Genoms enthalten Gene, die für biologische Funktionen verantwortlich sind, aber diese Gene benötigen Verstärkerelemente, um richtig zu funktionieren. Diese Entdeckung hilft uns zu verstehen, wie die Größe von Individuen vererbt wird und warum manche Knochendefekte auftreten.

Wichtige Punkte ihrer Forschung umfassen:

• Die Identifizierung von 2700 Enhancern, die die Knochenwachstumsgene steuern
• 2400 dieser Enhancer sind auch beim Menschen vorhanden
• Fehlfunktionen bei den Enhancern könnten genetische Knochenerkrankungen erklären
• Innovative Technik unter Verwendung fluoreszierender Maus-Embryonen

Guillaume Andrey, Assistenzprofessor an der Universität Genf, leitete die Untersuchung. Er erklärt, dass Enhancer Signale an die DNA senden, damit diese in RNA und anschließend in Proteine umgewandelt wird. Während die Gene für die Knochenbildung bekannt sind, waren die Enhancer, die diese Gene steuern, meist unbekannt. Andreys Team entwickelte eine Methode, um diese Enhancer zu isolieren und zu untersuchen. Sie verwendeten Maus-Embryonen mit leuchtenden Knochen, um zu beobachten, wie die Enhancer während des Knochenwachstums funktionieren.

Der Postdoktorand Fabrice Darbellay leitete die Studie. Das Team beobachtete die Aktivität von Chromatin in leuchtenden Knochenzellen. Mithilfe von Markern identifizierten sie, welche regulatorischen Sequenzen aktiv wurden. Danach schalteten sie die Enhancer nacheinander ab. Wenn ein Enhancer deaktiviert wurde, hörte das damit verbundene Gen auf zu funktionieren. Dies bewies, dass sie die richtigen Schalter identifiziert hatten und zeigte, dass diese Enhancer für die Genfunktion unerlässlich sind.

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Von den 2700 bei Mäusen gefundenen Enhancern sind 2400 auch beim Menschen vorhanden. Ein Chromosom besteht aus einem langen DNA-Strang. Enhancer und Gene liegen auf diesem Strang dicht beieinander, was ihre kontrollierte Wechselwirkung ermöglicht. Diese Nähe ist für ihre Funktion entscheidend.

Unterschiede in diesen Bereichen könnten erklären, warum Menschen unterschiedliche Größen haben. Die Aktivität der Knochenzellen beeinflusst die Knochengröße und somit die Körpergröße der Menschen. Einige Knochenerkrankungen sind nicht auf Genmutationen zurückzuführen, sondern werden durch Probleme in den Verstärkerelementen (Enhancern) verursacht. Es gibt bekannte Fälle, bei denen Störungen in Enhancern, und nicht in den Genen, Knochenerkrankungen auslösen. Daher könnten mehr Fälle von Knochenerkrankungen auf Enhancer zurückgeführt werden als bisher angenommen.

Diese Studie verdeutlicht die Bedeutung von Enhancern für das Knochenwachstum und trägt zum besseren Verständnis genetischer Knochenerkrankungen bei. Störungen dieser Enhancer können verschiedene Entwicklungsprobleme verursachen, nicht nur Knochenerkrankungen. Die Forschung wurde in Nature Communications veröffentlicht.