Saarbrücken/Münster - Im September beginnt eine neue Ära der Genomforschung in Deutschland: 21 Forschergruppen aus ganz Deutschland haben sich im deutschen Epigenom-Programm - kurz: DEEP - zusammengefunden, um 70 Epigenome menschlicher Zelltypen zu entschlüsseln. Das Wissen über diese zusätzlich zu den Genen existierenden Markierungen soll zu vollkommen neuartigen Einsichten in die zellspezifischen Programme gesunder und kranker, alter und junger Zellen führen. Das Institut für Muskuloskelletale Medizin (IEMM) der Universität  Münster übernimmt ein Teilprojekt zu entzündlich rheumatischen Erkrankungen.
DEEP ist die deutsche Beteiligung am weltweit koordinierten International Human Epigenome Consortium (IHEC). Darin verfolgen Forscher unter Verwendung einheitlicher Standards das ehrgeizige Ziel, 1.000 Epigenome zu entschlüsseln. Damit werden erstmals umfassende vergleichbare Datenanalysen und -bewertungen möglich. Die deutschen Wissenschaftler werden in DEEP Zellen analysieren, die bei Fettleibigkeit, entzündlichen Darmerkrankungen und Arthritis eine Rolle spielen. Für diese Aufgabe stellt das Bundesforschungsministerium in den kommenden fünf Jahren insgesamt 16 Millionen Euro zur Verfügung.
Die vollständige Entschlüsselung des menschlichen Erbgutes (Genom) im Jahr 2003 war ein Meilenstein für die Lebenswissenschaften. Doch wie bei jedem Rätsel, das die Wissenschaft löst, kamen auch hier bald neue Fragen auf. Es wurde zunehmend klarer, dass viel mehr Faktoren die Funktionen des menschlichen Körpers regulieren als nur die Gene. Eiweiße, die wie eine Hülle um die Gene herum liegen, spielen für deren Funktion eine immense Rolle. Zudem gibt es chemische Veränderungen der Genbausteine selbst, die diese mit zusätzlichen „epigenetischen“ Informationen versehen. Gemeinsam bestimmen diese epigenetischen Modifikationen, welche Gene wann und wo an- und abgeschaltet werden und wie Zellen ihre speziellen genetischen Programme umsetzen. Die Kenntnis dieser epigenetischen Markierungen wird Auskunft darüber geben, wie etwa die Lebensführung, zum Beispiel die Ernährung, bestimmte Genfunktionen in betroffenen Zellen ändert.
Epigenetiker erforschen daher, wie Gene in den Zellen programmiert werden und welchen Einfluss die Umwelt auf sie hat. Bei DEEP wollen die Wissenschaftler „epigenetische Karten“ von insgesamt 70 ausgesuchten menschlichen Zelltypen erstellen. Im Fokus stehen Zellen, die bei Stoffwechsel- und Entzündungskrankheiten, wie krankhaftem Übergewicht und rheumatischer Arthritis, eine Rolle spielen. Durch die systematische Kartierung können die Forscher besser verstehen, wie Zellen miteinander biochemisch kommunizieren und wie aus Kommunikationsstörungen Krankheiten entstehen.
Die 70 Epigenome werden dabei aus unterschiedlichen Zelltypen und vergleichend zwischen gesunden und kranken Zellen erarbeitet. Für diese Aufgabe nutzen die Forscher neueste Hochdurchsatztechnologien („Next Generation Sequencing“) in sechs Datenproduktions- und drei Datenanalyse-Zentren. Insgesamt werden die Wissenschaftler in diesem Prozess das menschliche Genom circa 20.000 Mal Baustein für Baustein neu entschlüsseln und dabei riesige Datenmengen sammeln. Das erfordert eine enge Zusammenarbeit von Computer- und experimentellen Wissenschaftlern. Alle Daten werden in öffentlichen Datenbanken direkt für die weltweite biomedizinische Forschung zugänglich und nutzbar gemacht. Zu DEEP gehören neben der Kartierung auch direkte funktionelle Studien an menschlichen Zellen oder Modellorganismen. Ziel dieser Arbeiten ist es, den Nutzen der Kartierungsdaten für das Verständnis von Krankheiten zu verdeutlichen. „Die Besonderheit des deutschen Programms ist die enge Verzahnung beider Komponenten, um so neue Einsichten in molekulare Prozesse komplexer Erkrankungen zu erhalten“, erklärt der Projekt-Koordinator Prof. Jörn Walter von der Saarland-Universität.
„Unser Part bei DEEP befasst sich mit den epigenetischen Veränderungen bei entzündlich rheumatischen Erkrankungen, vor allem der rheumatoiden Arthritis, also dem klassischen entzündlichen Gelenkrheuma“, erläutert IEMM-Direktor Prof. Thomas Pap. Insbesondere solle das Epigenom von Bindegewebszellen aus den Gelenken von Rheumapatienten, sogenannte synoviale Fibroblasten, untersucht werden. „Davon erhoffen wir uns Erkenntnisse über die Ursache ihres 'tumorartigen', aggressiven Verhaltens, das letztlich für die Knorpelzerstörung verantwortlich ist“, so Pap. Die Ergebnisse werden in das DEEP-Konsortium eingespeist und sollen helfen, Muster epigenetischer Veränderungen bei verschiedenen Erkrankungen einerseits und in verschiedenen Zelltypen andererseits zu identifizieren. Neben Sachmitteln erhält das IEMM aus der DEEP-Förderung eine zusätzliche Wissenschaftlerstelle.

Prof. Thomas Pap in der WWU-Forschungsdatenbank