1. Erforschen: Von Genen zur Komplexität

Forschungen des ENCODE-Konsortiums haben gezeigt, dass ein großer Teil des menschlichen Genoms in RNA transkribiert wird, obwohl nur ein kleiner Bruchteil dieser Transkripte Proteine codiert. Diese Erkenntnis zeigte, dass die Transkription weitaus verbreiteter ist als bisher angenommen. Tausende regulatorische Regionen wurden identifiziert, darunter Promotoren, Enhancer, Silencer und Isolatoren. Diese Elemente beeinflussen, wann und wo Gene exprimiert werden, und funktionieren häufig zelltypspezifisch (Gerstein et al., 2012; Kundaje et al., 2012).

Das ENCODE-Projekt hob auch die Bedeutung der Chromatinstruktur für die Genregulation hervor. Die Chromatinorganisation, die durch Histonmodifikationen und die Zugänglichkeit der DNA geprägt wird, bestimmt, ob regulatorische Elemente und Gene miteinander interagieren können. Veränderungen des Chromatinzustands können die Genexpression aktivieren oder hemmen und ermöglichen es den Zellen, auf Entwicklungssignale und Umweltreize zu reagieren.

Eine weitere wichtige Entdeckung des ENCODE-Projekts betrifft nichtcodierende RNAs. Forscher identifizierten Tausende von langen nichtcodierenden RNAs, die offenbar regulatorische Funktionen besitzen. Diese RNAs werden häufig in bestimmten Geweben und Entwicklungsstadien exprimiert und können die Transkription, die Chromatin-Remodellierung und die RNA-Prozessierung beeinflussen (Djebali et al., 2012).

Darüber hinaus zeigte die ENCODE-Forschung, dass viele genetische Varianten, die mit menschlichen Krankheiten assoziiert sind, in nichtcodierenden regulatorischen Regionen und nicht innerhalb von protein-codierenden Genen liegen. Durch die Integration von ENCODE-Daten mit genomweiten Assoziationsstudien (GWAS) konnten Wissenschaftler viele krankheitsassoziierte Varianten funktionell annotieren. Diese Erkenntnis hat das Verständnis darüber, wie Veränderungen in der Genregulation zum Krankheitsrisiko beitragen, erheblich verbessert (Schaub et al., 2012; Boyle et al., 2012).