Freiburger Pharmakologen identifizierten Schalter, die für das kardiale Genprogramm eine bedeutende Rolle spielen. Sie versprechen sich davon neue Erkenntnisse zur Entstehung angeborener Herzfehler und der chronischen Herzinsuffizienz.
Das Epigenom ist die Gesamtheit der epigenetischen Mechanismen, die darüber entscheiden, welche Gene in einer Zelle aktiv sind und welche nicht. Dabei können wechselnde Umweltbedingungen wie Ernährung, Stress oder Medikamente epigenetische Muster hinterlassen. Solche Mechanismen spielen bei der Krebsentstehung eine wichtige Rolle, ihre Bedeutung für Herzerkrankungen ist aber bisher weitgehend unbekannt. Das Herz vollbringt während der Entwicklung und beim Wachstum nach der Geburt enorme Leistungen. Es ist das erste Organ, das sich im wachsenden Embryo bildet, und es versorgt den ganzen Körper ununterbrochen mit Sauerstoff und Nährstoffen. Um diese Aufgaben zu bewältigen, übernimmt der Zellkern in Herzmuskelzellen die zentrale Steuerfunktion. Während der Entwicklung aus Stamm- und Vorläuferzellen durchlaufen Herzmuskelzellen einen Reifungsprozess (obere Reihe), der von der DNA im Zellkern epigenetisch gesteuert wird (untere Reihe). Im Verlauf dieser Reifung werden Methylgruppen (CH3) von der DNA entfernt, um zuerst Transkriptionsfaktoren (TF) den Zugang zu ermöglichen und dann das Ablesen von Herzmuskelzell-Genen zu ermöglichen. Bei einer Herzinsuffizienz wird das pathologische Wachstum durch Proteine gesteuert, die die DNA-Methylierung erkennen (zum Beispiel MeCP2). © Lutz Hein
Das Team um Dr. Ralf Gilsbach und Prof. Dr. Lutz Hein hat nun eine neue Methode entwickelt, um aus Herzgewebe, das aus verschiedenen Zelltypen besteht, die Zellkerne der Herzmuskelzellen zu isolieren. Aus den gereinigten Zellkernen haben die Wissenschaftler mit dem Verfahren der DNA-Sequenzierung hochaufgelöste Karten der DNA-Methylierung – eines der wichtigsten epigenetischen Mechanismen zur Regulierung von Genaktivität – und weiterer epigenetischer Marker aller Gene erstellt. Auf dieser Grundlage haben sie erstmals die epigenetischen Schalter identifiziert, die die Umschaltung des kardialen Genprogramms während der Geburt sowie bei der Herzinsuffizienz auslösen. Nun wollen die Forscher die Methode verfeinern, um auch kleinste Gewebebiopsien, die beispielsweise bei Herzkatheteruntersuchungen gewonnen werden, epigenetisch zu analysieren. Originalpublikation: Dynamic DNA methylation orchestrates cardiomyocyte development, maturation and disease R. Gilsbach et al.; Nature Communications, doi: 10.1038/ncomms6288 ; 2014
