DNA-Knäuel hilft der Nase
Genetik. US-Forscher erklären die Vielfalt des Geruchssinns auf unorthodoxe Art: durch Wechselwirkung zwischen Chromosomen.
Über eine Billion von Gerüchen könne der Mensch unterscheiden, erklärten US-Neurogenetiker vor fünf Jahren in Science (343, S. 1370). Auch wenn man diese – natürlich nur aus einem begrenzten Sample an Mischungen von Geruchsstoffen extrapolierte – Schätzung anzweifeln kann: Der Geruchssinn der Säugetiere ist erstaunlich reich, und wir verstehen ihn noch kaum. Circa zehn Millionen Riechzellen pro (menschlicher) Nase dienen ihm, und ca. 400 unterschiedliche Rezeptorproteine, jeweils hergestellt nach der Anleitung eines Gens. Dabei wird in jeder Riechzelle nur eines dieser Gene exprimiert, und daher ist in jeder Zelle nur ein Rezeptorprotein am Werk. Noch überraschender: Es scheint allein der Zufall zu entscheiden, welches Gen in einer Zelle exprimiert wird. Hauptsache, es ist nur eines.
Wie kann das funktionieren? Die Geruchsgene liegen nicht beieinander, sondern irgendwo im Genom, über fast alle Chromosomen verstreut. Wie kommt die Information, dass ein Geruchsgen auf einem Chromosom bereits aktiviert ist, zu den anderen Chromosomen? Biochemiker um Stavros Lomvardas (Columbia University, New York) haben schon früher an Mäusen – die mehr als doppelt so viele Typen von Rezeptorproteinen haben wie der Mensch – 63 DNA-Sequenzen gefunden, die die Expression von Geruchsgenen steuern. Enhancer nennt man solche Sequenzen. Sie sind wie die entsprechenden Gene wild übers Genom verstreut. Die Columbia-Forscher nennen sie „griechische Inseln“, wohl, weil ihre Größe, Form und Lage so erratisch ist.
Nun berichten sie in Nature (9. 1.), dass sie mit 3D-Techniken einen eigenartigen Mechanismus gefunden haben: In der Riechzelle verschlingen sich die Chromosomen so zu einem Knäuel, dass die „griechischen Inseln“beieinanderliegen und sozusagen aus der Nähe miteinander kommunizieren können. Mit dem Ergebnis, dass nur ein Enhancer in Aktion tritt und sein Gen aktiviert, während die anderen still bleiben.
Der Mechanismus ist noch komplizierter, weitere regulierende Proteine spielen mit. Doch das für Genetiker Faszinierende an ihm ist: Bei ihm wird die Expression eines Gens durch DNA-Sequenzen beeinflusst, die auf anderen Chromosomen liegen als dieses Gen. Trans-Wechselwirkung nennen die Genetiker das (im Gegensatz zur Cis-Wechselwirkung innerhalb eines Chromosoms). Und es macht ihre Welt noch reicher, verschlungener und verwirrender.