„Dunkle Proteine“: Eine verborgene Schicht der Zellbiologie

Das menschliche Erbgut, das Genom, ist weitaus komplexer als lange angenommen. Klassisch galt die Zahl der proteincodierenden Gene beim Menschen als ungefähr 20 000, von denen viele gut untersucht sind. Doch neuere Arbeiten legen nahe, dass darüber hinaus tausende bislang unbekannte kleine Proteine existieren könnten. Diese werden häufig als Mikroproteine oder auch als dunkle Proteine bezeichnet – in Anlehnung an die dunkle Materie der Physik, die zwar nicht direkt sichtbar ist, aber dennoch entscheidenden Einfluss auf das Gesamtsystem hat.

Wie Forschende den verborgenen Proteinen auf die Spur kamen

Zentral für diese Entdeckung ist eine Methode namens Ribosomen-Profiling. Während klassische Genanalysen meist auf der Untersuchung von Boten-RNA beruhen, setzt dieses Verfahren direkt an den Ribosomen an – jenen molekularen Maschinen, die Proteine herstellen. Indem Forschende analysieren, welche RNA-Abschnitte gerade von Ribosomen abgelesen werden, lässt sich präzise bestimmen, welche Teile des Genoms tatsächlich in Proteine übersetzt werden.

Dabei zeigte sich Überraschendes: Ribosomen sind auch an vielen Stellen aktiv, die bislang nicht als proteincodierend galten. Diese Befunde deuten darauf hin, dass das menschliche Genom weit mehr Proteine produziert, als bisher in Genkatalogen erfasst waren.

Warum diese Proteine lange übersehen wurden

Die meisten der neu identifizierten dunklen Proteine sind außergewöhnlich kurz und bestehen oft nur aus wenigen Dutzend Aminosäuren. Frühere Suchstrategien konzentrierten sich vor allem auf längere offene Leserahmen, da man davon ausging, dass nur größere Proteine funktionell relevant sind. Kurze Sequenzen wurden daher häufig als zufällige oder bedeutungslose Produkte abgetan.

Hinzu kommt, dass viele dieser Mikroproteine keine Ähnlichkeit zu bekannten Proteinen anderer Organismen aufweisen. Ohne evolutionäre Vergleichsmöglichkeiten sind sie schwer einzuordnen und entziehen sich klassischen bioinformatischen Methoden. Einige entstehen zudem in Genomregionen, die bisher als nicht-kodierend galten, etwa in langen regulatorischen RNAs.

Funktion oder nur biologisches Rauschen?

Ob diese dunklen Proteine tatsächlich eine biologische Funktion besitzen, ist derzeit eine der zentralen offenen Fragen. Zwar lässt sich ihre Herstellung in Zellen experimentell nachweisen, doch das allein bedeutet noch nicht, dass sie stabil sind oder eine Aufgabe erfüllen. Manche könnten rasch wieder abgebaut werden oder lediglich Nebenprodukte einer unspezifischen Translation sein.

Gleichzeitig gibt es erste Hinweise, dass zumindest ein Teil dieser Mikroproteine in krankheitsrelevanten Zusammenhängen auftreten könnte. In einigen Studien wurden sie etwa vermehrt in Tumorgewebe gefunden. Solche Beobachtungen legen nahe, dass manche dunklen Proteine gezielt in zelluläre Prozesse eingebunden sind – belastbare funktionelle Beweise stehen jedoch noch aus.

Bedeutung für Genomforschung und Medizin

Die systematische Erforschung dunkler Proteine erweitert den Blick auf das menschliche Proteom erheblich. Sollte sich zeigen, dass bestimmte Mikroproteine regulatorische oder krankheitsrelevante Rollen spielen, könnten sie künftig als neue diagnostische Marker oder therapeutische Ansatzpunkte dienen. Zugleich zwingt ihre Existenz die Genomforschung dazu, etablierte Definitionen dessen, was ein „Gen“ ist, kritisch zu hinterfragen.

Die Herausforderung der kommenden Jahre wird darin bestehen, aus der großen Zahl potenzieller Kandidaten jene Proteine herauszufiltern, die tatsächlich funktionell relevant sind, und ihre Rolle im komplexen Zusammenspiel der Zelle zu verstehen.

Fazit

Die Suche nach dunklen Proteinen macht deutlich, dass das menschliche Genom längst nicht vollständig verstanden ist. Moderne Methoden wie das Ribosomen-Profiling öffnen ein neues Fenster in bislang verborgene Bereiche der Zellbiologie. Ob sich aus dieser dunklen Seite des Proteoms grundlegende neue Einsichten oder medizinische Anwendungen ergeben, ist noch offen – sicher ist jedoch, dass unser Bild vom Genom erneut komplexer geworden ist.