Einzelmolekül-Analyse von rRNA-Genen durch Streckung genomischer DNA und Färbung mit Sonden (Molecular Combing).
Grafik: Holger BierhoffProjektleiter: Holger Bierhoff
Die Forschungsgruppe „Epigenetik des Alterns“ um Holger Bierhoff gehört zum Institut für Biochemie und Biophysik an der Friedrich-Schiller-Universität. Ein Schwerpunkt unserer Forschung ist die epigenetische Regulation der Gene, die für ribosomale RNA (rRNA) codieren. Die rRNA-Gene (rDNA) liegen in eukaryotischen Zellen in hunderten Kopien vor und sind als Cluster in den Nucleoli des Zellkerns lokalisiert. Während ein Teil der rDNA eine hohe transkriptionelle Aktivität aufweist, sind ca. 30-50 % der rRNA-Gene permanent durch epigenetische Mechanismen stillgelegt. In der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae wird dieses konstitutive Heterochromatin im Laufe der replikativen Alterung beeinträchtig. Dadurch kommt es zu verstärkter DNA-Schädigung und zur Anhäufung von extrachromosomalen rDNA-Ringen. Der Verlust von epigenetischer und genomischer Stabilität der rRNA-Gene sowie die daraus resultierenden rDNA-Ringe sind kausal am Alterungsprozess in der Bäckerhefe beteiligt.
In höheren Modellorganismen und im Menschen wurden ebenfalls Zusammenhänge zwischen rDNA-Aberrationen und Alterung beobachtet. Allerdings sind hier die zugrundeliegenden epigenetischen Mechanismen sowie das Auftreten von rDNA-Ringen noch nicht gut untersucht. Daher ist es Ziel unseres Projekts, die Mechanismen der rDNA-Alterung im Menschen und der Maus aufzuklären. Hierzu werden wir in Zellkulturexperimenten die Verbindung zwischen epigenetischer Regulation und rDNA-Stabilität untersuchen. Zudem werden wir in Bioproben sowohl von Probanden als auch von Mäusen altersbedingte Veränderungen der rDNA mittels DNA-Einzelmolekülanalyse im Hochdurchsatzverfahren (Molecular Combing) analysieren. Das Auftreten von rDNA-Ringen werden wir mit neu entwickelten Sequenzierungsmethoden messen.
Wir hoffen durch unser Projekt ein besseres Verständnis von molekularen Alterungsprozessen zu erlangen. Die gewonnenen Erkenntnisse werden zeigen, ob epigenetische und genomische Veränderungen der rDNA als Biomarker des Alterns dienen können. Im Rahmen des IMPULS-Konsortiums werden wir die rDNA-Alterung im Kontext mit anderen zellulären Alterserscheinungen, aber auch mit psychologischen Alternsmechanismen betrachten.
Doktorand: Alexander Eberhardt