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Programme zur Steuerung der Genexpression
Unsere Gruppe untersucht, wie die Genexpression, also die Umwandlung von Genen in Proteine, reguliert wird, wenn sich Stammzellen differenzieren, Organismen altern oder wenn Krankheiten wie Krebs entstehen.
Obwohl das genetische Material in allen Zellen unseres Körpers mehr oder weniger identisch ist, unterscheidet sich von Zelltyp zu Zelltyp, welche Gene und wie sie abgelesen werden, um RNAs und Proteine zu produzieren. Unter den vielen Schritten dieses als Genexpression bezeichneten Prozesses interessieren uns diejenigen, die mit der Verarbeitung von RNAs und der Herstellung von Proteinen anhand von Boten-RNAs (mRNAs) zu tun haben.
RNA-Verarbeitung und Proteinproduktion sind Zelltyp-spezifisch
Die Genexpression ist ein komplexer Prozess, der mit Veränderungen des Zustands des Chromatins, dem genetische Grundmaterial im Zellkern, beginnt. Er beschreibt die Synthese und Verarbeitung von Vorläufer-Messenger-RNAs (Prä-mRNAs), ihren Export in das Zellplasma, die Übersetzung in Proteine und endet schliesslich mit deren Abbau. In menschlichen Zellen ist jeder einzelne Schritt streng reguliert, so dass trotz derselben Gene die RNAs und Proteine von Zelle zu Zelle variieren, je nachdem, welches Signal sie erhalten. Unsere Gruppe hat Faktoren gefunden, die die RNA-Verarbeitung in spezifischen Zelltypen je nach Bedingungen steuern. Einige Faktoren führen dazu, dass kurze mRNAs und entsprechende Proteine entstehen, die insbesondere in Krebszellen zu finden sind. Eine gestörte Proteinherstellung kann sich wiederum auf einige Faktoren auswirken, die beim Altern von Organismen oder bei der Entstehung von Krebszellen eine Rolle spielen.
Der systembiologische Ansatz
Mit unserer Forschung möchten wir den universellen Code für die Regulation der Genexpression bei verschiedensten Zelltypen entschlüsseln und Faktoren finden, die pathogene Prozesse in Gang setzen. Dazu entwickeln und verwenden wir Methoden, mit denen wir die Menge von RNAs, Proteinen und deren Varianten in verschiedenen Geweben bis auf Ebene einzelner Zellen messen können. Die umfangreichen Datensätze analysieren wir anschliessend mit Hilfe von Computermodellen. Auf diese Weise lassen sich die Signale und Faktoren herausfiltern, die die Genexpression beeinflussen.
Steuerung der Genexpression bei Gesundheit und Krankheit
Derzeit untersuchen wir die Differenzierung von Stammzellen, Alterungsprozesse und Krebs. Auf molekularer Ebene konzentrieren wir uns dabei auf zwei Aspekte: die Entstehung und Funktion unterschiedlicher mRNA-Varianten sowie die damit verbundene Anpassung der Proteinsynthese unter verschiedenen Bedingungen. Wir wollen mRNAs und Proteine finden, die spezifisch für bestimmte Zelltypen sind, deren Expression sich während des Alterns oder der Entartung von Zellen ändert. Diese mRNAs und Proteine sowie die Faktoren, die für ihre Herstellung verantwortlich sind, können Hinweise für die Behandlung altersbedingter Krankheiten oder Krebserkrankungen liefern.