Helmholtz Hochschul Nachwuchsgruppe Bioinformatics & Transcriptomics 


Die Nachwuchsgruppe untersucht krankheitsrelevante Differenzierungsprozesse von Immunzellen. Im Zentrum steht die Rolle von ncRNAs – Transkripten, die aus dem vermeintlich als informationslos geltenden, nicht-proteinkodierenden Großteil der menschlichen DNA übersetzt werden. Unser Ziel ist es, mit bioinformatischen und experimentellen Verfahren ein systembiologisches Verständnis zu erlangen, wie ncRNAs zur Abbildung von Umwelteinflüssen auf die für Differenzierungsprozesse wichtige epigenetische Regulationsebene beitragen.

Anbindung

Department Molekulare Systembiologie, Hemholtz Zentrum für Umweltforschung - UFZ

Institut für Informatik, Universität Leipzig


Hintergrund

Aktuelle Transkriptomstudien zeigen, dass ca. 70 - 90% des menschlichen Genoms in RNA übersetzt werden, während nur 2% des Genoms für Proteine kodieren. D.h., der Großteil der RNA Spezies, die eine Zelle produzieren kann, ist nicht proteinkodierend (ncRNAs). Während die Anzahl proteinkodierender Gene über viele Spezies hinweg etwa gleich bleibt, nimmt der Anteil nicht kodierender Sequenzen in Tiergenomen stark mit der Komplexität des Organismus zu, was auf eine Rolle von nicht kodierenden Elementen in der Evolution von Komplexität hindeutet.

NcRNAs zeigen spezifischere Expressionsmuster als mRNAs, d.h. sie werden sehr spezifisch in Abhängigkeit vom Typ oder Zustand der Zelle gebildet. Auch sind ncRNAs häufig mit Krankheiten assoziiert, weshalb sie Kandidaten für Biomarker und funktionelle Untersuchungen in der Pathogenese darstellen. Während die Klasse der mikroRNAs eingehend funktionell untersucht wurde, ist die große heterogene Gruppe der langen ncRNAs (lncRNAs) funktionell wenig verstanden. Eine Rolle in epigenetischen Prozessen scheint aber einen gemeinsamen Nenner für viele dieser lncRNAs darzustellen. Epigenetische Prozesse bedeuten hier Information, vornehmlich über den Expressionsstatus von Genomregionen, als DNA- und Chromatinmodifikationen zu speichern. Ein signifikanter Anteil von lncRNAs assoziiert mit Chromatinmodfikationskomplexen (CMC) und knock-down solcher lncRNAs führt zu einem Verlust epigenetischer Repression spezifischer Loci, was darauf hindeutet, dass lncRNAs ubiquitäre CMCs an bestimmte Loci im Genom lenken.

Epigenetische Prozesse erlauben Anpassungen an externe Stimuli über Zellteilungen hinweg weiterzugeben und stellen so eine wichtige Verbindung zwischen Genom und Umwelt dar. Diese Mechanismen sind besonders für die Zelldifferenzierung wichtig und ermöglichen den differenzierten Zustand nach dem Abklingen differenzierender Stimuli aufrechtzuerhalten.