Dunkles Genom: Wie vermeintlicher DNA-Müll die Medizin revolutioniert

98 Prozent unserer DNA galten lange als Müll. Nun zeigt sich: Das dunkle Genom steuert Krankheiten. Erste Therapien sind aber noch Jahrzehnte entfernt. Als Wissenschaftler im April 2003 das menschliche Genom entschlüsselt hatten, waren sie verblüfft. Nach 13 Jahren Arbeit und – nach heutigen Preisen – rund 2,5 Milliarden Euro Kosten offenbarte sich eine überraschende Wahrheit: Nur etwa zwei Prozent unserer drei Milliarden DNA-Bausteine enthalten Anleitungen für Proteine. Weiterlesen nach der Anzeige Die restlichen 98 Prozent wurden zunächst als "Junk-DNA" abgetan – genetischer Müll ohne erkennbaren Nutzen. Diese Einschätzung erwies sich jedoch als spektakulärer Irrtum. Heute wissen Forscher: Das dunkle Genom stellt ein komplexes Steuerungssystem dar, das reguliert, wann und wie stark unsere Gene arbeiten. Transposone: Wie springende Gene die Evolution prägten Den Löwenanteil von etwa 50 Prozent aber bilden sogenannte Transposone – springende Gene, die ihre Position im Erbgut wechseln können. Die Biologin Barbara McClintock entdeckte diese springenden Gene bereits 1944 bei der Untersuchung von Mais. Erst 1983 erhielt sie für ihre Entdeckung den Nobelpreis. Heute ist klar: Diese genetischen Relikte haben die Evolution teils maßgeblich geprägt. Ein Transposon könnte zum Beispiel für den Verlust des Schwanzes bei den Vorfahren der Menschenaffen verantwortlich sein, was wiederum zur Entwicklung des aufrechten Gangs führte. Endogene Retroviren: Uralte Virenreste formen die Plazenta Weiterlesen nach der Anzeige Das dunkle Genom besteht zum Teil aber auch aus Überbleibseln uralter Eindringlinge; konkret von virusähnlichen Elementen: Etwa fünf Prozent sind Reste ehemaliger Retroviren, die sich vor Jahrmillionen in das Erbgut unserer Vorfahren eingenistet haben. Noch erstaunlicher: Säugetiere haben sich virale Gene angeeignet, um Plazenten zu bilden, das Organ, das Föten mit allem Lebensnotwendigen versorgt. Verschiedene Säugetiergruppen haben für ihre Plazenten jeweils unterschiedliche Virengene gekapert – ein Prozess, der sich mehrfach unabhängig voneinander ereignete. TAF1-Gen und XDP: Wenn die Gen-Steuerung versagt Diese uralten Virenreste in unserem Erbgut sind normalerweise stillgelegt. Doch wenn diese Kontrolle versagt, können sie Krankheiten auslösen. Auf der philippinischen Insel Panay tritt etwa eine unheilbare Bewegungsstörung XDP besonders häufig auf. Genetiker fanden heraus, dass alle Betroffenen eine einzigartige Variante des Gens TAF1 tragen – mit einem Transposon mittendrin, das die Genfunktion auf schädliche Weise reguliert. Auch bei chronischen Krankheiten spielt das dunkle Genom eine zentrale Rolle. Genomweite Assoziationsstudien, die nach genetischen Variationen bei großen Personengruppen suchen, zeigen: Die meisten mit Alzheimer, Diabetes oder Herzkrankheiten verbundenen Variationen liegen nicht in den proteinkodierenden Bereichen, sondern im dunklen Genom. Denn das dunkle Genom produziert sogenannte nicht-kodierende RNAs. Die dirigieren, wie unser Genom auf die Umwelt reagiert. Wenn wir dem dunklen Genom durch Rauchen, schlechte Ernährung oder Bewegungsmangel dauerhaft falsche Signale geben, können diese RNA-Moleküle den Körper in einen Krankheitszustand versetzen. VHL-Gen: Wie reaktivierte Retroviren Tumorzellen bekämpfen In Krebszellen gerät das dunkle Genom besonders durcheinander. Bei Nierenkrebs wird zum Beispiel ein Gen namens VHL beschädigt, das normalerweise als Sauerstoffsensor der Zelle fungiert. Die Folge: Die Krebszelle erhält also fälschlicherweise das Signal, es herrsche Sauerstoffmangel. Dieser Fehlalarm aktiviert Teile des dunklen Genoms, insbesondere endogene Retroviren. Und diese reaktivierten Virenreste dienen als rote Flaggen für das Immunsystem, das es wie echte Viren bekämpft. Und während das Immunsystem das tut, zerstört es gleichzeitig die Krebszellen. Bleibt die Frage, ob und wenn ja wie sich dieser Mechanismus therapeutisch nutzen lässt. Mehrere Unternehmen entwickeln bereits Krebsimpfstoffe, die gezielt Proteine aus dem dunklen Genom angreifen. Es kann aber noch Jahrzehnte dauern, diese neuen Erkenntnisse in praktische Therapien umzusetzen. Präzisere Medizin mit weniger Nebenwirkungen Auch in anderen Bereichen eröffnet das dunkle Genom neue Möglichkeiten. Forscher untersuchen, ob reaktivierte Virenelemente im Blut als Frühwarnsystem für Krebs dienen könnten. Andere prüfen, ob schädliche endogene Retroviren stumm geschaltet werden können, um Autoimmunerkrankungen zu behandeln. Endogene Retroviren wurden auch mit altersbedingten Entzündungen in Verbindung gebracht. Es wurde sogar schon vorgeschlagen, antiretrovirale Therapie zu nutzen, um Alterung und altersbedingte Entzündungen zu verlangsamen. Die Erkundung geht weiter Aber noch sind die grundlegenden Regeln, wie die verschiedenen Elemente des dunklen Genoms miteinander kommunizieren und Genaktivität regulieren, weitgehend unbekannt. Ebenso rätselhaft bleibt, wie sich komplexe Wechselwirkungen über lange Zeiträume in Krankheitsmerkmale verwandeln. Aber es existieren mittlerweile Werkzeuge, um dies zu untersuchen. Eines dieser Werkzeuge ist die Geneditierung. Diese wird zum Beispiel genutzt, um mehr über die Entstehung der Bewegungsstörung XDP zu lernen, indem es die TAF1-Gen-Transposon-Insertion in Mäusen nachbildet. Ein noch ehrgeizigeres Projekt sieht vor, synthetische DNA-Stücke von Grund auf zu bauen und in Mauszellen einzupflanzen. Die Reise in die Tiefen unseres Erbguts hat gerade erst begonnen. Was einst als genetischer Müll galt, entpuppt sich als Schatzkammer der Evolution – und möglicherweise als Schlüssel zu neuen Therapien.