Assoziierte Forschungsgruppe Bierhoff

Projekte

Genomweite Ansätze wie Hochdurchsatz-DNA- und RNA-Sequenzierung zeigen, dass nur ein kleiner Teil des eukaryotischen Genoms für Proteine codiert (im Menschen z.B. 1,5%). Trotzdem wird auch der nicht-codierende Teil transkribiert, was zur Entstehung tausender nicht-codierender RNAs (ncRNAs) führt. Innerhalb des letzten Jahrzehnts gab es zahlreiche Forschungsaktivitäten zur biologischen Rolle dieser ncRNAs. So ist mittlerweile bekannt, dass sie verschiedenste Funktionen im Zellkern und dem Cytoplasma ausüben. Eine der interessantesten Eigenarten von ncRNAs ist, dass viele von ihnen den Chromatinstatus ortsspezifisch modulieren. Trotzdem ist in den meisten Fällen noch nicht klar, wie genau ncRNAs ihren spezifischen Zielort im Genom finden.

Die Anbindung über chromatin-gebundene Proteine ist ein Mechanismus, der aber indirekt funktioniert und nur begrenzt diskriminativ ist. Eine direkte sequenzspezifische Interaktion kann durch Bildung von dreisträngigen RNA/DNA-Strukturen, so genannten Triple-Helices (Triplexe) erfolgen. Hierbei wickelt sich die ncRNA durch Hoogsteen-Basenpaarung in die große Furche der DNA-Doppelhelix.

RNA:DNA-Triplexe haben bestimmte Anforderungen an Sequenzen und ermöglichen so eine Sequenzspezifität zwischen beiden Nukleinsäuren. Z.B. können Triplex-bildende RNAs in cis oder in trans an einem oder mehreren genetischen Loci agieren. Zusammen mit der Tatsache, dass die DNA weder entwunden noch aufgeschmolzen werden muss, machen diese Eigenschaften die Bildung von RNA:DNA-Triplexen zu einem sehr interessanten Zielmechanismus für ncRNAs. Allerdings ist der Nachweis von RNA:DNA-Triplexen in Zellen sehr schwierig, und nur wenige Studien beschreiben die Rolle dieser Strukturen in der Genregulierung.

AgingComb - Untersuchung der Genomalterung mittels Hochdurchsatzanalysen von DNA-Replikation und Rekombination

Zahlreiche Studien der letzten Jahre weisen auf die Bedeutung der fortschreitenden Schädigung des Genoms bei Alterungsprozessen hin. Allerdings sind die molekularen Mechanismen, die im Alter die Genomintegrität verletzen, nur teilweise verstanden. Im Leibniz ScienceCampus Regenerative Aging kooperieren dazu die Arbeitsgruppen von Holger Bierhoff (Friedrich-Schiller-Universität Jena), Thomas Liehr, Florian Heidel (beide Universitätsklinikum Jena) und Helmut Pospiech (Leibniz-Institut für Alternsforschung).

Das kooperative Projekt AgingComb beleuchtet zwei zentrale Prozesse des DNA-Metabolismus, die sich auf die Integrität des Genoms auswirken: die Replikation und die Rekombination. Mittels der innovativen ‚Molecular Combing‘-Technik können Veränderungen in der Genomstruktur im Hochdurchsatzverfahren dokumentiert werden. Hier kommt die Fiber Combing Plattform der Firma Genomic Vision zum Einsatz. Die dabei generierten Datensätze erlauben neue Einblicke in die Stabilität des Genoms und die molekularen Mechanismen, die die DNA-Replikation und -Rekombination im Zuge der Alterung beeinträchtigen. Über die Bündelung unserer Expertisen aus Grundlagenforschung und Klinischer Praxis wollen wir weiterhin den Nutzen für klinische Anwendungen unterstützen.

Das Projekt AgingComb wird aus Mitteln des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) der Europäischen Union finanziert, die vom Thüringer Ministerium für Wirtschaft, Wissenschaft und Digitale Gesellschaft bereitgestellt werdent.

Etablierung des Nucleolus als zellulären Indikator und Ansatzpunkt für gesundes Altern

In unserer stetig älter werdenden Gesellschaft bergen altersbedingte Krankheiten und Verlust der Leistungsfähigkeit immer größere Probleme für unsere Sozial- und Gesundheitssysteme. Daher werden Maßnahmen für gesundes Altern sowie eine aussagekräftige Altersdiagnostik immer bedeutsamer. Neue Studien zeigen, dass Altern eng mit Veränderungen in der Struktur und Aktivität des Nucleolus, einem Bestandteil im Zellkern, zusammenhängt.

Das vorliegende Forschungsvorhaben zielt darauf ab, molekulare Veränderungen des Nucleolus während der Alterung aufzuklären. Die Untersuchungen erfolgen in verschiedenen Modellsystemen sowie an humanen Biopsien, um Erkenntnisse für menschliches Altern und für das Altern eines Organismus zu gewinnen. Aus den Ergebnissen sollen Biomarker und Maßnahmen für gesundes Altern abgeleitet und validiert werden, die perspektivisch für Medizin und Diagnostik einsetzbar sein werden. Das Projekt ist innerhalb des Zentrums für Alternsforschung Jena (ZAJ) zwischen Holger Bierhoff von der Friedrich-Schiller-Universität und Maria Ermolaeva vom Leibniz-Institut für Alternsforschung entstanden. Weiterhin besteht enge Kooperation und wissenschaftlicher Austausch mit industriellen Partnern aus Thüringen. 

Das Projekt wird mit Mitteln aus dem Europäischen Sozialfond (ESF) der Europäischen Union und mit Unterstützung des Thüringer Ministeriums für Wirtschaft, Wissenschaft und Digitale Gesellschaft ermöglicht.

Kontakt

Holger Bierhoff
Assoziierter Gruppenleiter
+49 3641 656828
holger.bierhoffleibniz-flide