Der Zellkern ist so etwas wie die Schaltzentrale jeder Zelle. Jüngste Studien offenbaren immer mehr Informationen über seine Organisation und Dynamik. Allerdings stellen die rasanten Entwicklung der Methoden und die zunehmende Komplexität der Daten große Herausforderungen dar. In ‚Nature Genetics‘ fordern führende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus dem Feld daher einheitliche Standards für entsprechende Daten. Unter ihnen ist auch Maria Elena Torres-Padilla vom Helmholtz Zentrum München.

Der Zellkern enthält alle Informationen, die für das Überleben der Zellen und des Organismus benötigt werden, in Form des Erbguts - der DNA. Diese ist aufwändig verpackt, um all die Informationen in den Zellkern hinein zu bekommen und die benötigten Abschnitte und Gene zur jeweils richtigen Zeit verfügbar zu machen.

4D Nucleome-Netzwerk: Atlas für alle verschiedenen Zelltypen

„Wir bemühen uns momentan, die Organisationsebenen zu verstehen und herauszufinden, wie sie sich über die Zeit verändern, etwa im Laufe der Entwicklung oder bei der Entstehung von Krankheiten“, erklärt Prof. Dr. Maria Elena Torres-Padilla, Direktorin des Instituts für Epigenetik und Stammzellen (IES) am Helmholtz Zentrum München. Sie ist eine Expertin für das Feld der Epigenetik, auf dem erforscht wird, wie unsere Gene auf die Umwelt reagieren.

Dabei machen sie und ihre internationalen Kolleginnen und Kollegen gute Fortschritte, beispielsweise im Rahmen des Netzwerks 4D Nucleome. „Ziel ist es, eine Art Atlas für alle verschiedenen Zelltypen zu erstellen, der die dreidimensionale Organisation des Zellkerns erfasst und deren Veränderungen über die Zeit dokumentiert, daher 4D für die vierte Dimension“, erklärt Torres-Padilla. So wollen sie und ihre Kollegen grundlegende Mechanismen des Zellschicksals aufdecken und langfristig klären, wie sich aus einer einzelnen Zelle ein ganzer Organismus entwickelt.

Chancen und Herausforderungen neuer Technologien

Allerdings ergeben sich durch neue Technologien und rasant wachsende Datenmengen nun neue Herausforderungen auf diesem Weg. „So spannend und vielversprechend die aktuellen Entwicklungen sind, ist nun aus unserer Sicht eine gute Gelegenheit, die Bemühungen zu bündeln. Daher haben wir als 4D Nucleome Maßnahmen vorgeschlagen, um Standards zu etablieren. Das betrifft sowohl die eingesetzten Technologien, als auch die Dokumentation der Ergebnisse und deren Austausch mit der internationalen Forschungsgemeinschaft.“ Auf diese Weise wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erreichen, dass Informationen zusammengeführt und Ressourcen effizient genutzt werden können.

Das 4D Nucleome-Netzwerk ist eine wichtige Säule der 2018 gegründeten LifeTime Initiative, die auch von der Helmholtz-Gemeinschaft unterstützt wird. Im Rahmen dieses Projekts wollen Experten aus Wissenschaft und Industrie mit Hilfe sogenannter Einzelzellbiologie zuverlässig vorhersagen, wann eine Krankheit ausbricht oder wie sie verläuft. Neben IES-Direktorin Maria Elena Torres-Padilla gehört auch Prof. Dr. Dr. Fabian Theis, Direktor des Instituts für Computational Biology am Helmholtz Zentrum München, zu den Gründungsmitgliedern.

Diagnose und Behandlung bereits anhand molekularer Daten

„Durch die LifeTime-Initiative und die Zusammenarbeit mit Industriepartnern werden unsere Ergebnisse große Wirkung erzielen“, so Torres-Padilla. „Unser übergeordnetes Ziel ist, dass Ärzte anhand molekularer Daten ihre Diagnosen stellen und Behandlungen einleiten können, bevor eine Krankheit ausbricht. Das ist eine bahnbrechende Vision, die auf zehn Jahre angelegt ist. Möglich wird sie durch die zahlreichen Teilnehmer aus Grundlagen- und angewandter Forschung in ganz Europa sowie wichtige strategische Kooperationen mit unseren Industriepartnern.“

Quelle: Pressemitteilung des Helmholtz Zentrums München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (HMGU)