3D Genome Origami

Einheitliche Standards für 3D-Genom- und epigenetische Daten

Die dreidimensionale Organisation der DNA und wie diese sich mit der Zeit verändert, hängt eng zusammen mit der Expression von Genen. Die Forschung zeigt, wie diese Prozesse bei Gesundheit und Krankheit ablaufen. Für die dabei anfallenden großen Datenmengen sind einheitliche Standards und Richtlinien notwendig, sagen Forscherinnen und Forscher von der Initiative LifeTime.

Eine Weltkarte ist mehr ist als einfach nur eine Liste der Orte und Straßennamen – und das Genom mehr als eine Reihe von Buchstaben. Stattdessen interagieren Proteine und Nukleinsäure mit der DNA, wie bei einer Choreographie der Moleküle. Auf diese Weise bahnen Zellen den Fluss genetischer Informationen, wie es gerade notwendig ist. Schließlich benötigt die Zelle bei ihrer Entwicklung oder bei einer Reaktion auf Umweltreize andere genetische Programme.

Die räumliche Organisation des Erbgutstranges im Zellkern spielt dabei eine große Rolle. Mit neuen Techniken und Methoden kartieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Unterschiede der 3D-Struktur zwischen verschiedenen Zelltypen. Sie fragen: Wie ist die DNA in dem winzigen Zellkern organisiert? Was genau passiert bei der Genexpression, wenn der Körper gesund oder krank ist?

„Die Faltung des Genoms und die Dynamik dieses Prozesses beeinflusst die Genexpression, das wissen wir“, sagt Professor Marc A. Marti-Renom vom Centro Nacional de Análisis Genómico am Centre for Genomic Regulation in Barcelona, Spanien. „Mit neuen Technologien erstellen wir 3D-Modelle, um diese Veränderungen zu untersuchen und unser Verständnis für die Komplexität des Zellkerns schärfen. Das sorgt derzeit für Aufregung in der Genomforschung.“

„Es handelt sich um ein äußerst vielversprechendes Forschungsfeld. Wir wünschen uns Standards, weil die rasante Entwicklung der Methoden und die zunehmende Komplexität der Daten große Herausforderungen darstellen, die jetzt angesprochen werden müssen“, sagt Marti-Renom.

Teil der LifeTime-Initiative für ein neues FET-Flagship-Projekt

In einem Meinungsartikel in der aktuellen Ausgabe von Nature Genetics fordern führende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, dass es Standards für epigenetische und 3D-strukturgenomische Daten geben muss. Sie schildern die größten Herausforderungen dieses Unterfangens und empfehlen Strategien für eine gemeinsame standardisierte Validierung von Datensätzen und Modellen. Die Veröffentlichung ist das Ergebnis ihrer Erfahrungen in der 4D Nucleome-Initiative als Teil der LifeTime-Initiative, die sich um ein neues FET-Flagship in Europa bewirbt.

Die 4D Nucleome-Initiative und die LifeTime-Initiative

 

Die 4D Nucleome-Initiative verfolgt das Ziel, die Struktur-Funktions-Beziehung des Zellkerns als komplexes biologisches System auf allen Ebenen zu entziffern. Dies betrifft nicht nur einzelne Moleküle, sondern auch das vollständige Genom und Epigenom, welche sich durch Umwelteinflüsse, während der Entwicklung, der Zellreprogrammierung und des Alterns verändern.

Die 4D Nucleome-Initiative ist eine der Säulen der LifeTime-Initiative, die sich um ein neues FET-Flagship in Europa bewirbt. Die Initiative soll ergründen, wie Genome innerhalb der Zelle funktionieren, Gewebe bilden und sich verändern, wenn Gewebe sich krankhaft verändern.

Mit ihrer Forderung nach Standards wollen internationale Experten am Institut Curie in Paris, dem MRC Institute of Genetics and Molecular Medicine der University of Edinburgh, dem Centre de Biologie Intégrative an der Universität Toulouse, dem Institute of Human Genetics in Montpellier, dem Babraham Institute in Cambridge, der Florida State University, dem Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research in Basel, der Universität Neapel, dem Berliner Institut für Gesundheitsforschung, dem Institute for Research in Biomedicine IRB Barcelona, dem Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in Berlin, dem Institut für Epigenetik und Stammzellen am Helmholtz Zentrum München und dem Centro Nacional de Análisis Genómico des Centre for Genomic Regulation (CNAG-CRG) in Barcelona gewährleisten, dass Informationen ordnungsgemäß gekennzeichnet, validiert und geteilt werden und dass Ressourcen effizient genutzt werden.

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Literatur

MA. Marti-Renom et al.: „4D Nucleome: challenges and guidelines towards data and model standards.“ Nature Genetics 50, pp. 13521358 (2018). DOI: 10.1038/s41588-018-0236-3