Wie entsteht aus einer befruchteten Eizelle ein Lebewesen? Wie werden Nerven-, Muskel-, oder Hautzellen gebildet? „Unsere Gene sind in verschiedenen Zellen unterschiedlich aktiv“, weiß Cramer, der am Max-Planck-Institut (MPI) für biophysikalische Chemie die Abteilung Molekularbiologie leitet. Zellen steuern je nach Bedarf, welche Gene sie aktivieren, um die in ihnen gespeicherte Information abzurufen. Nur von aktiven Genen werden Kopien in Form von langen RNA-Molekülen erstellt, die dann als Bauanleitung für Proteine dienen. Diesen Vorgang –Transkription genannt – übernehmen zelluläre Kopiermaschinen, die sogenannten RNA-Polymerasen, die nur etwa 15 millionstel Millimeter groß sind.
Cramers Team war es bereits gelungen, die dreidimensionale Struktur mehrerer RNA-Polymerasen zu entschlüsseln und so ihre Funktionsweise zu verstehen. „In unseren bisherigen Arbeiten haben wir untersucht, wie RNA-Polymerasen DNA als Kopiervorlage verwenden, um RNA zu produzieren“, sagt der Max-Planck-Forscher „Dabei haben wir herausgefunden, wie die Kopiermaschine den Anfang der Gene erkennt und wie sie an der DNA entlanggleitet, um die RNA-Kette zu verlängern.“ Die Abteilung konnte auch zeigen, wie der Prozess gleich zu Beginn reguliert wird, noch bevor lange RNA-Moleküle gebildet werden.
Doch die Situation in lebenden Zellen ist viel komplizierter: Denn die DNA liegt nicht „nackt“ vor, sondern bildet mit mehreren Proteinen einen Komplex, der Chromatin genannt wird. Das Zusammenspiel zwischen Chromatin und der Transkriptionsmaschinerie sei viel weniger verstanden, so Cramer. Gemeinsam mit seinen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern will der Wissenschaftler aufklären, wie das Chromatin lokal geöffnet wird und die Kopiermaschine Zugang zur DNA erhält. Denn dieser Prozess spielt bei der Entwicklung von Organismen und der Entstehung verschiedener Zelltypen eine zentrale Rolle. Zudem hat diese Chromatin-Regulation wichtige Funktionen in Stammzellen und bei der Entstehung von Krebs.
„Der dritte ERC Advanced Grant ist ein toller Erfolg für unser ganzes Team, denn er würdigt neben unseren Plänen auch das, was wir in den vergangenen Jahren erreicht haben“, erklärt Cramer. „Wir wollen die Förderung jetzt nutzen, um mehr über die Mechanismen der Transkription im Chromatin-Kontext zu erfahren.“
Kontakt
Prof. Dr. Patrick Cramer
Abteilung Molekularbiologie
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Dr. Carmen Rotte
Pressesprecherin
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