uni'leben 02-2015

02 2015 unı leben Die Zeitung der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg www.leben.uni-freiburg.de 5forschen von Verena Adt Herzerkrankung: Diese Diagnose hören jedes Jahr Tausende von Menschen. Zwar kann die Medizin das Leben dieser Patientinnen und Patienten mit hochwirksamen Arz- neimitteln erheblich verlängern und erleichtern, doch ein schwer geschä- digtes Herz reparieren kann sie nicht. Jedenfalls heute noch nicht. Der Freiburger Arzt und Pharma- kologe Prof. Dr. Lutz Hein arbeitet daran, dass sich das ändert. Ihm und seinem etwa 20-köpfigen For- schungsteam ist ein Durchbruch ge- lungen: Erstmals haben die Wissen- schaftlerinnen und Wissenschaftler die epigenetischen Schalter in Herz- muskelzellen entschlüsselt, die an der Steuerung und Entwicklung des Herzens beteiligt sind und sich wäh- rend einer Herzerkrankung verändern. Das Freiburger Team konnte das ge- samte Erbgut dieser Zellen und deren epigenetische Marker entziffern. Die- se Marker schalten je nach Entwick- lungsstadium bestimmte Abschnitte der Erbinformation an oder ab. Au- ßerdem reagieren sie auf krankhaf- te Veränderungen. Bei den Markern handelt es sich um Histone, winzige Spulen aus Protein, auf die die DNA, das lange Erbgut-Molekül, teilweise aufgewickelt ist. Geänderte Agenda erforschen „Wenn wir verstehen, was Erkran- kungen in diesen Schaltzentralen bewirken, können wir eines Tages vielleicht auch neue Schlüsselme- chanismen für die Therapie finden“, erklärt Hein, der die Abteilung II des Instituts für Experimentelle und Kli- nische Pharmakologie und Toxiko- logie leitet. Das Herz werde als ers- tes Organ im Embryo gebildet und mache im Laufe seines Wachstums und seiner Reifung vor und nach der Geburt mehrere Entwicklungsstadi- en durch. Dafür müssten je nach An- forderung verschiedene Gene aus der gesamten Erbgutmasse zu- oder abgeschaltet werden. Bald nach der Geburt verliere das Herz seine Fähig- keit zur Zellteilung. Von da an könne es beschädigte Zellen nicht mehr er- setzen – anders als beispielsweise die Leber oder die Haut, die laufend neue Zellen bilden und sich damit selbst „reparieren“ können. Auch mit Zusatzbelastungen, etwa durch Sport oder Erkrankungen, müsse das Herz im Lauf des Lebens immer wieder fertigwerden, ohne je aufzuhören, zu schlagen und den Blutkreislauf in Gang zu halten. „Das geht nicht ohne Änderung der Agenda. Wir mussten also den Zellkern als Schaltzentrale in den Fokus nehmen.“ Entschlüsselte Basenpaare und Marker Heins Team hat nun die epigene- tischen Programme entziffert, die in den verschiedenen Entwicklungs- und Reifestadien des Herzens ablau- fen. Auch wenn eine Herzschwäche durch chronische Druckbelastung des Organs entsteht, wird ein charakte- ristisches Genprogramm geschaltet. Um an die epigenetischen Schalt- stellen heranzukommen, musste die Gruppe erst einmal Herzmuskelzellen aus den mehr als zehn verschiede- nen Zelltypen des Herzens isolieren und eine Methode entwickeln, um die Zellkerne zu reinigen. Aus nur Milli- gramm schweren Gewebeproben hat das Team mehrere Hunderttausend Herzmuskelzellkerne gewonnen. Mit modernen Sequenziergeräten konnte es dann die drei Milliarden Basenpaa- re des Genoms und ihre epigeneti- schen Marker komplett entschlüsseln. Diese wichtige Etappe erreichte Hein nach knapp fünfjähriger For- schungsarbeit. Weitere fünf Jahre werden vergehen, schätzt der Wis- senschaftler, bis die gewonnenen Erkenntnisse eventuell in neue Dia- gnose- oder Therapiemöglichkeiten für Herzkranke münden. „Ob es sich am Ende um Methoden der Gentherapie oder um neue Arzneistoffe handeln wird, wissen wir heute noch nicht.“ Die Hoffnung, dass Herzschwäche eines Tages heilbar sein wird, teilen viele, denn die chronische Variante der Erkrankung wird häufiger – auch, weil immer mehr Menschen ein hohes Alter erreichen. Laut dem jüngsten Bericht der Deutschen Herzstiftung sind Herz-Kreislauf-Erkrankungen in Deutschland immer noch Todes- ursache Nummer eins. Aber es gibt bereits Lichtblicke: So ist die Zahl der Todesfälle durch Herzinfarkte in den vergangenen Jahren um 40 Prozent gesunken. Die Forscherinnen und Forscher hoffen, dass solche Meldun- gen bald auch für die Herzschwäche möglich werden. Lutz Hein und seinem Team ist bei der Erkundung von Steuermechanismen des Organs ein Durchbruch gelungen Die Universitäten Freiburg und Leipzig haben gemeinsam mit dem Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin Berlin das RNA-Bioinformatik- Zentrum (RBC) gegründet. Das Leis- tungszentrum soll die Analyse und Interpretation der enormen Daten- mengen erleichtern, die bei modernen Methoden zur Untersuchung von Zell- funktionen, insbesondere der Rolle von Ribonukleinsäure (RNA), entste- hen. Eine Fehlfunktion der RNA kann schwerwiegende Krankheiten wie Krebs, Autismus oder Alzheimer ver- ursachen. Für die Analyse der RNA- Daten wurden daher experimentelle Methoden entwickelt, die Daten im Terrabyte-Bereich erzeugen. Diese zu verwalten ist die Kernaufgabe des RBC. In Freiburg koordiniert Prof. Dr. Rolf Backofen von der Professur für Bioinformatik am Institut für Informa- tik das Zentrum. Das Bundesministe- rium für Bildung und Forschung för- dert das RBC als eines von sechs Leistungszentren bis 2020 mit 3,3 Millionen Euro. Es ist Teil des Pro- jekts „Deutsches Netzwerk für Bioin- formatik-Infrastruktur“, das am 1. März 2015 startete. Leistungszentrum zur Bioinformatik Plattform zum Thema Biomasse ist online Das grenzüberschreitende Projekt BIOCOMBUST gibt mit Filmen und Texten Einblicke in die Forschung: Auf der Online-Plattform „backstage“ erläutern Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in mehr als 30 Kurz- filmen, wie sie ihre Forschungsfragen zu den gesundheitlichen Aspekten der energetischen Biomassenutzung bearbeiten. Zusätzlich gibt es Hinter- grundinformationen rund um das The- ma Biomasseverbrennung. BIOCOM- BUST ist ein fächerübergreifendes Forschungsprojekt, an dem Partner- institutionen aus Frankreich, Deutsch- land und der Schweiz beteiligt sind – darunter die Universität Freiburg. Es untersucht die bei der Verbrennung von Holz, Hackschnitzeln und Pellets erzeugten partikelförmigen Emissio- nen, also kleinste Staubkörner, und die zurückbleibenden Aschen. Leitfragen sind unter anderem, wie sich die da- raus entstehende Luftbelastung auf die menschliche Gesundheit auswirkt und ob die Aschen der Zementindustrie als Rohstoff dienen können. http://biocombust.eu/backstage Etwa fünf Jahre wird es dauern, bis seine Erkenntnisse eventuell zu neuen Diagnose- oder Therapiemöglichkeiten für Herzkranke führen, schätzt Lutz Hein. Foto: Thomas Kunz Zellkern des Herzens Welche Gesetzmäßigkeiten stecken hinter Vorurteilen – und wie stark wer- den sie von den jeweiligen Umstän- den beeinflusst? Führen die Arbeiten an einem Virus zur Entwicklung eines Impfstoffs oder einer Massenvernich- tungswaffe – und wer sollte über po- tenziell gefährliche Experimente ent- scheiden? Wie erlernt und steuert der menschliche Körper Bewegungen? Die aktuelle Ausgabe des Freiburger Magazins uni’wissen präsentiert neu- este Forschungsergebnisse aus der Universität. Außerdem gibt die Zeit- schrift einen Einblick in herausragen- de Projekte rund um den European Campus, den Verbund für grenzüber- schreitende Forschung am Oberrhein – von Linguistik über Archäologie bis zur Skandinavistik. uni’wissen ist erschienen www.pr.uni-freiburg.de/publikationen/ uniwissen  022015

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