Zur Rolle springender Gene in der Embryonalentwicklung

Retrotransposone sind mobile genetische Elemente, die über das Genom verteilt sind. Mindestens die Hälfte des menschlichen Erbguts besteht aus solchen Transposonen, zu denen auch so genannte LINEs (Long interspersed nuclear elements) gehören, die im menschlichen Gehirn aktiv sind und Variationen im Genom von Neuronen erzeugen.

Eine neue Studie des EU-finanzierten Projekts SOMATIC_MOSAICISM (LINE-1 retrotransposition in human somatic cells) zeigte, dass LINEs bei der Embryonalentwicklung in pluripotenten Stammzellen aktiviert werden. An einem neu generierten Mausmodell sollte ermittelt werden, ob und wie LINEs in allen drei Schichten (Endoderm, Mesoderm und Ektoderm) aktiv sind.

Mittels Retrotranspositions-Assays in verschiedenen Gewebestammzellen wie humanen embryonalen Stammzellen (hESC) und neuronalen Vorläuferzellen (NPC) fanden sich interessanterweise viele Retrotranspositionen nur in den NPC selbst sowie in Stammzellen, die sich zu reifen Neuronen differenzieren. Diese wichtige Erkenntnis bestätigte die somatische Retrotransposition in sich nicht teilenden Neuronen.

Eine Analyse der RNA- und Proteinmengen in den einzelnen Keimblättern nach der Expression von LINEs zeigte, dass NPC in geringem Maß LINE-1-RNA und -Proteine exprimieren. In den anderen Keimblättern war das Expressionsniveau wesentlich niedriger, was erklären könnte, warum in NPC so viele somatische Retrotranspositionen stattfinden.

SOMATIC_MOSAICISM erstellte mit einer neuen Methode eine Karte zu mehreren neuen LINE-1-Insertionen bei hESC. Auf diese Weise können Hot-Spots von Insertionen in Abhängigkeit vom Keimblatt detektiert werden. Hierfür sind künftige Studien geplant. An neu entwickelten hESC-Linien, die eine induzierbare LINE-1-Retrotransposition erlauben, können dann die beteiligten Gene identifiziert werden.

SOMATIC_MOSAICISM lieferte eine robuste Plattform, um neue Arten der Integration genetischer Plastizität in das menschliche Genom zu enthüllen. Die dadurch veränderte Genexpression kann nicht nur Variation erzeugen, sondern auch neurologische Krankheiten und einige Krebsarten verursachen.