Der Histon-Code

Der Histon-Code
Manche Proteine haben Schwänze, einige sogar zwei. Dieser ragt aus dem Gebilde heraus, zu dem
sich das gesamte Molekül nach seinem Zusammenbau faltet. Sie helfen ganz entscheidend bei der
Programmierung des Erbguts.
Die Boten-RNA, die aus dem Zellkern durch die Poren nach außen gelangt, bringt die Baupläne, die
von der DNA abgelesen wurden, zu den sogenannten Proteinfabriken.
Inmitten des Kerns befinden sich unzählige Proteine, diese helfen beim Ablesen des Gencodes, und
der Faden ist eines der 46 Chromosomen genannten DNA-Moleküle, die diesen Code enthalten.
Diese kugligen Gebilde aus mehreren Proteinen, um die sich die DNA herumwindet, sorgen für
Ordnung und eine gewisse Struktur. Durch die Verwicklungen mitsamt des DNA-Fadens und der
Proteine entsteht eine Spirale, die hundertmal dicker als die reine Erbsubstanz ist. Dieses Gemisch
nennt sich Chromatin (im stark verpackten Zustand Heterochromatin).
Die Nukleosomen bestehen aus acht kugligen Proteinen, aus denen mehr oder weniger lange
Schwänze herausragen. Diese Eiweiße sind Histone und kommen bei jedem Organismus vor, der
Zellkerne besitzt. Es gibt vier Typen von Histonen. Die Histone H3 und H4 haben besonders lange
Schwänze, außerdem sind diese beiden die einzigen Stellen, an denen sich die Nukleosomen
unterscheiden. Auf ihnen sitzen an verschiedenen Stellen unteschiedlich große Knubbelchen, die
durch Proteine entstehen oder auch wieder verschwinden. Es sind Enzyme, die ganz gezielt
chemische Strukturen an- oder abbauen: Methylgruppen, Acetylgruppen, Ubiquitingrupppen oder
Phosphatgruppen. Außerdem gibt es eine Reihe unterschiedlicher, kleiner Proteine, die an diese
Gruppen binden und die Genaktivität direkt beeinflussen.
Histonmodifikation
Das Nukleosom, das sich um den DNA-Faden wickelt, besteht aus acht Histonen. An verschiedenen
Stellen der Schwänze der Histone H3 und H4 können Enzyme Methylgruppen anlocken und auch
wieder entfernen. An die Methylgruppen binden kleine Eiweiße, die die Genregulation beeinflussen.
Weil Ähnliches auch mit anderen chemischen Gruppen geschieht, hat die Zelle zahlreiche
Möglichkeiten, die Aktivität eines DNA-Abschnitts zu variieren.
Dank der Variabilität der Histonschwänze kann der epigenetische Code erstaunlich detailliert, fein
abgestuft und facettenreich Einfluss nehmen auf die Bestimmung und die Eigenschaften einer Zelle.
Je nachdem welche chemische Struktur und welches Protein an welche der vielen möglichen Stellen
des Histonschwanzes bindet, verändert sich die räumliche Struktur des Histons auf eine ganz
bestimmte Weise. Dadurch haftet der DNA-Faden mal besser mal schlechter an dem Nukleosom,
und Proteine können mehr oder weniger gut daran anschließen.
Wird zum Beispiel in der Zelle eine chemische Gruppe entfernt oder an eine andere Stelle gebaut,
kann der DNA-Strang fester gespannt werden. Das schaltet die Gene an dieser Stelle sofort stumm.
Andersrum kann es auch sein, dass der DNA-Strang sich lockert, was unter Umständen ganze
Gruppen von Genen plötzlich zugänglich für den Ableseapparat und somit aktiviertbar macht.
Nukleosomen zerfallen in ihre Einzelteile, um sich dann an einer anderen Stelle des Erbguts
zusammen zu tun. Dabei wickeln sie ein Stück der DNA besonders fest auf und machen es inaktiv.
Die Struktur der Nukleosomen entscheidet, ob sich Chromatin zu Heterochromatin verdichtet. An
dieser Stelle kann dann dort kein Gen mehr abgelesen werden.
„Die Eiweißstrukturen sind viel dynamischer, als wir früher vermutet haben“, sagt NukleosomExperte Steven Henikoff vom Howard Hughes Medical Institute in Seattle, USA. Die Histone am
Erbgut einer Zelle bilden also einen Histon-Code. Somit ist es möglich, neue Programme für eine
Zelle zu entwerfen oder abzuspeichern.
Zusammengefasst heißt das, dass die Nukleosomen unsere DNA kontrollieren. Sie sorgen dafür,
dass die Zelle funktioniert, das Erbgut korrekt abgelesen wird und es eine sinnvolle Ordnung gibt.