Genomische Prägung (Imprinting) liegt vor, wenn die Expression eines Gens in einer diploiden Zelle ausschließlich vom mütterlichen oder väterlichen Chromosom ausgeht. Seit der bahnbrechenden Entdeckung von Denise Barlow und ihrem Team im Jahr 1991 – der Identifikation des ersten genomisch geprägten Gens bei Säugetieren mit elternspezifischer Genexpression – sowie der späteren Erkenntnis, dass lange nicht-protein-kodierende RNAs (lncRNAs) an der Gen-Stummschaltung beteiligt sind, widmete sich die Gruppe den epigenetischen Mechanismen, die das Imprinting während der Entwicklung regulieren, und deren Bedeutung für Erkrankungen wie Krebs.
Ein besonderes Interesse galt der Rolle von lncRNAs als Regulatoren der Genexpression im Maus- und im menschlichen Genom. Zur Erforschung dieser Fragestellungen nutzte die Gruppe zellbasierte Modelle der genomischen Prägung, Mausmodelle sowie Hochdurchsatz-Sequenzierungstechnologien, um Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung auf menschliche Erkrankungen zu übertragen.
Molekulare Mechanismen der Genregulation durch lange nicht-kodierende RNAs
Die genomische Prägung ist ein herausragendes Beispiel für epigenetische Regulation – also für erblich stabile Veränderungen der Genaktivität, die nicht auf Veränderungen der DNA-Sequenz beruhen. Die Analyse geprägter Gene hat eine Vielzahl unerwarteter Einblicke in die Schaltmechanismen von Genen ermöglicht.
Ein Schwerpunkt der Gruppe lag auf der Aufklärung der molekularen Mechanismen, mit denen lncRNAs geprägte Gene zum Schweigen bringen. Hierzu wurde ein spezielles Modell aus embryonalen Stammzellen der Maus entwickelt, das eine gezielte genetische Manipulation von lncRNA-Expression ermöglichte, ergänzt durch Knockout-Mausmodelle.
Jüngste Arbeiten führten zur Entdeckung, dass eine spezielle Klasse von lncRNAs die Gen-Stummschaltung allein durch den Akt der Transkription auslösen kann. Es ist bekannt, dass andere lncRNAs über alternative Mechanismen wirken, und auch diese wurden mit vergleichbaren experimentellen Ansätzen untersucht.
Lange nicht-kodierende RNAs und Krankheit
Das Team von Denise Barlow entwickelte eine optimierte RNA-Seq-Pipeline, die Hochdurchsatz-Sequenzierung (eine Kerntechnologie am CeMM) mit bioinformatischen Verfahren kombiniert, um sogenannte Makro-lncRNAs effizient zu identifizieren. Diese Methode wurde eingesetzt, um lncRNAs in verschiedenen Geweben von Inzuchtmauslinien zu erfassen und funktionell zu charakterisieren.
Zur Untersuchung der Rolle von lncRNAs bei Krankheiten nutzte das Team eine vergleichbare Pipeline in menschlichen weißen Blutzellen, um zu analysieren, wie lncRNAs Genexpressionsveränderungen in hämatologischen Malignomen wie Leukämie beeinflussen. Ziel dieser Arbeiten war es, neue krankheitsrelevante Biomarker zu identifizieren und mögliche Grundlagen für künftige Therapieansätze zu schaffen.
Biosketch
Denise Barlow absolvierte zunächst eine Ausbildung zur Krankenschwester im Vereinigten Königreich, bevor sie ihr Promotionsstudium an der University of Warwick aufnahm. Es folgten Postdoc-Stationen am Imperial Cancer Research Fund (ICRF) in London und am EMBL in Heidelberg. Anschließend war sie als Forschungsgruppenleiterin am IMP in Wien, am Netherlands Cancer Institute (NKI) in Amsterdam sowie am IMB in Salzburg tätig. Im Jahr 2003 trat sie dem CeMM als Principal Investigator bei und blieb bis zu ihrer Pensionierung im Jahr 2015 aktiv. Denise Barlow verstarb am 21. Oktober 2017 im Alter von 67 Jahren. (Nachruf)
Selected Papers
Latos PA, Pauler FM, Koerner MV, Şenergin HB, Hudson QJ, Stocsits RR, Allhoff W, Stricker SH, Klement RM, Warczok KE, Aumayr K, Pasierbek P, Barlow DP. Airn transcriptional overlap, but not its lncRNA products, induces imprinted Igf2r silencing. Science. 2012 Dec 14;338(6113):1469-72. (abstract)
Koerner MV, Pauler FM, Hudson QJ, Santoro F, Sawicka A, Guenzl PM, Stricker SH, Schichl YM, Latos PA, Klement RM, Warczok KE, Wojciechowski J, Seiser C, Kralovics R, Barlow DP. A downstream CpG island controls transcript initiation and elongation and the methylation state of the imprinted Airn macro ncRNA promoter. PLoS Genet. 2012;8(3):e1002540. (abstract)
Pauler FM, Barlow DP, Hudson QJ. Mechanisms of long range silencing by imprinted macro non-coding RNAs. Curr Opin Genet Dev. 2012 Jun;22(3):283-9. (abstract)
(*31.1.1950 - ✝21.10.2017)
