Die Geheimnisse der Epigenetik
Die Epigenetik-Forschung umfasst die Frage, wie Muster der Genexpression, die während der Entwicklung definiert werden, erhalten werden und auf Nachkommenzellen weitergegeben werden können. Darüber hinaus geht es darum, wie die Genexpression sich während der zellulären Differenzierung verändern kann und wie Gene auf Umweltfaktoren über die gesamte Lebensdauer eines Organismus reagieren. Zunehmende Hinweise verbinden epigenetische Mechanismen mit einer Vielzahl von Krankheiten und Störungen, einschließlich Autoimmunerkrankungen und neurodegenerativen Erkrankungen, sowie mit Umweltreizen und Ernährungsweisen, die epigenetische Prozesse stark beeinflussen. Darüber hinaus wurden epigenetische Veränderungen bei zahlreichen Krebsarten, Diabetes und sogar bei einigen Infektionskrankheiten identifiziert. Als Folge hat die epigenetische Forschung eine Fülle neuer therapeutischer Targets identifiziert, die auf die Entwicklung neuer therapeutischer Interventionen hoffen lassen. Nach der Identifizierung wichtiger epigenetischer Regulatoren besteht der Bedarf, ihre dynamischen und komplexen funktionalen Beziehungen auf Ebene der Organismen zu verstehen. Vor diesem Hintergrund hat sich das EU-geförderte Exzellenznetz EPIGENESYS (Epigenetics towards systems biology) zum Ziel gesetzt, einen Rahmen für die Entwicklung und den Austausch von Tools, Ressourcen und Kenntnissen zu schaffen, um so die Epigenetik in die Systembiologie zu integrieren. Letztere Disziplin befasst sich mit den dynamischen Wechselwirkungen verschiedener Faktoren gleichzeitig und verwendet dafür modernste Computeranalysen. Die Forscher untersuchten die Wechselwirkungen von epigenetischen Regulatoren mit Chromatin, der gepackten Form von DNA in Zellen, und befassten sich mit der Frage, wie epigenetische Modifikationen hergestellt, erhalten und gelöscht werden. Sie fanden Fälle, in denen post-translationale Histon-Modifikationen an Nukleosomen, die Kern-Verpackungseinheit von Chromatin, als vererbbare epigenetische Markierungen agieren können. Darüber hinaus war das Exzellenznetzwerk besonders daran interessiert, zu untersuchen, wie epigenetische Mechanismen bei Krankheiten dereguliert werden, und die Signalereignisse in normalen und gestörten Situationen mathematisch zu modellieren. Sie fanden heraus, dass bestimmte epigenetische Markierungen während des Alterungsprozesses sehr dynamisch waren und eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der Genexpression über die Lebensspanne hinweg spielten. Mittels Hochdurchsatz-Anwendungen der Systembiologie entschlüsselten die Wissenschaftler von EPIGENESYS erfolgreich wesentliche Aspekte des Crosstalk zwischen Genom und Epigenom in verschiedenen Modellorganismen. Außerdem verwendeten sie Datensätze und Tools, um genomweite epigenetische Zustände und regulatorische Netzwerke zu modellieren. Da die positive und negative Regulation der Transkription die Re-Modellierung von Chromatin über Histon- und DNA-Modifikationen erfordert, untersuchte das Projektkonsortium, wie Umwelt, Stress, Stoffwechsellage und Wachstumsfaktoren an das Epigenom signalisieren, um neue Programme der Genexpression zu induzieren. Insgesamt lieferte EPIGENESYS beispiellose grundlegende Kenntnisse über die Rolle von epigenetischen Veränderungen bei Gesundheit und Krankheit. Da die Chromatinstruktur die Zugänglichkeit von verschiedenen Anti-Krebs-Medikamente beeinflusst, ist das Verständnis ihrer Dynamik entscheidend für die Wahl einer Behandlung und das Verständnis der Entstehung von Resistenzmechanismen. Darüber hinaus wurden neue Biomarker für Arzneimittelreaktion und Resistenz sowie für die Klassifizierung von Krebs-Subtypen identifiziert, die großes Potenzial für die Umsetzung in klinische Anwendungen besitzen.
Schlüsselbegriffe
Epigenetik, Krebs, Ernährung, EPIGENESYS, Systembiologie
