Transkriptom- und Chromatinlandschaft des Fastens

Fasten ist definiert als regelmäßige Unterbrechung der Nahrungsaufnahme und kann verschiedene Formen annehmen, wie z. B. intermittierendes Fasten, zeitlich begrenztes Essen, ketogene Diäten oder die Fasten nachahmende Diät. Es wurde gezeigt, dass verschiedene Fastenprotokolle viele gesundheitliche Vorteile bieten, die über den einfachen Gewichtsverlust hinausgehen. In Tiermodellen führte das Fasten sogar zu einer längeren Lebensdauer und zur Linderung von Krankheitssymptomen. Beim Menschen wird das Fasten als Therapie für Erkrankungen wie Diabetes, Nerven- und Muskelkrankheiten, sowie Krebs getestet. Wissenschaftlich sind die Auswirkungen des Fastens auf der Ebene der Organe und der Moleküle, die zwischen ihnen kommunizieren (z. B. Hormone), gut beschrieben. In diesem Projekt zoomen wir in die Zellkerne, um durch Fasten verursachte Veränderungen der Genaktivierung beim Nährstoffentzug zu definieren. Wir stellen ferner die Frage, welche dieser Veränderungen sich von den Zellen gemerkt werden können, um die langfristigen gesundheitlichen Vorteile durch Fasten zu erzielen. Wir nennen dies Fastengedächtnis und nehmen an, dass es sich in permanenten Veränderungen auf DNA-Ebene manifestiert, die die Genregulation beeinflussen. Die DNA im Zellkern einer menschlichen Zelle kodiert für mehr als 20.000 Gene. Welche Gene zu welcher Zeit aktiviert werden, bestimmt die Funktion einer Zelle und ihre Reaktion auf Umweltreize wie das Fasten. Die Aktivität der Gene unserer Zellen wird durch Proteine reguliert, die als "Transkriptionsfaktoren" bezeichnet werden. Sie können an DNA binden, diese öffnen und die Aktivierung (Transkription) von Genen ermöglichen. Wir untersuchen hier die dynamische Fastenreaktion von Zellen, von denen bekannt ist, dass sie stark auf Fasten reagieren (Leberzellen, Fettzellen, Muskelzellen), mit modernsten Omics-Technologien. Omics-Ansätze durch DNA-Sequenzierung ermöglichen die Messung von Zehntausenden von Genen und DNA-Merkmalen wie Offenheit in einem Experiment. Resultate aus diesem Projekt werden zum ersten Mal die durch Fasten vermittelten Regulationsmechanismen auf zellulärer und DNA-Ebene detailliert beschreiben. Das Projekt wird daher unser grundlegendes Verständnis der Genaktivierungsmechanismen verbessern, die durch Fasten akut und dauerhaft neu programmiert werden. Diese mechanistischen Erkenntnisse haben das Potenzial, essentielles Wissen für die medizinische Anwendung des Fastens als Therapieform zu generieren.