Organe wurden nicht mehrmals erfunden

17. April 2011, 15:19
50 Postings

IMP- und US-Wissenschafter klärten an Fruchtfliegen Verwandtschaft von Regulation der Zellentwicklung

Wien - Organe und die verschiedenen Zelltypen wie Nerven- oder Muskelzellen wurden im Laufe der Evolution offenbar nicht mehrmals "erfunden", sondern haben sie sich in einem kontinuierlichen Prozess ständig weiterentwickelt. Eine Studie an Fruchtfliegen von Wissenschaftern in den USA und am Institut für molekulare Pathologie (IMP) in Wien legt nahe, dass die Programme für diese Zellentwicklung auch bei weit entfernten Arten nahe verwandt sind und im Laufe der Evolution vererbt wurden. Die Arbeit wurde nun in der Wissenschaftszeitschrift Nature Genetics veröffentlicht.

Im Zuge der Embryonalentwicklung entstehen die verschiedenen Zelltypen, zu einer ersten Ausdifferenzierung in verschiedene Zellen kommt es in den Keimblättern. Dabei enthält jede einzelne Körperzelle die gesamte Erbinformation. Die unterschiedlichen Eigenschaften etwa einer Leber- oder einer Herzzelle entstehen, weil jeweils unterschiedliche Bereiche im Genom aktiviert werden. Reguliert wird diese Differenzierung durch sogenannten Transkriptionsfaktoren. "Diese können bestimmte Bereiche im Genom erkennen, dort andocken und diese Bereiche an- oder abschalten", erklärte einer der an der Studie beteiligten Wissenschafter, Alexander Stark.

Einmal erfunden bleibt es über Millionen von Jahren erhalten

Bei den verschiedenen Proteinen weiß man schon länger, dass sie "über die verschiedenen Spezies konserviert sind", so der Wissenschafter. Wurde im Laufe der Evolution einmal ein Protein erfunden, das eine bestimmte Funktion gut erfüllt, kann es über Millionen von Jahren in leicht veränderter Form weitervererbt werden. Aus diesem Grund kann etwa eine Fruchtfliege (Drosophila) oder eine Maus als Modellorganismus in der Wissenschaft verwendet werden.

Unklar war bisher, ob auch die Regulation der Zelldifferenzierung im Laufe der Evolution ähnlich wie die Proteine konserviert wurde. Es habe bisher Anhaltspunkte in beide Richtungen gegeben, sagte Stark. Um diese Frage zu klären haben sich die Wissenschafter bei sechs Drosophila-Spezies die Mesoderm-Entwicklung angeschaut. Das Mesoderm ist das mittlere der drei, bei allen höheren Tieren vorkommenden Keimblätter, aus dem im Zuge der Embryonalentwicklung Muskeln, Herzzellen etc. entstehen.

"Wir haben dazu Drosophila-Spezies verwendet, die einerseits ungefähr so nahe verwandt sind wie Menschen und Primaten, andererseits weit entfernte Spezies, deren Distanz etwa jener vom Menschen zum Schnabeltier entspricht", betonte Stark. Konkret untersucht wurde, wo in den verschiedenen Spezies der Transkriptionsfaktor "Twist" an die DNA andockt. Dabei zeigte sich, dass die "Twist"-Bindestellen und damit die Regulation sehr ähnlich sind, "die verschiedenen Fliegenspezies fahren das äquivalente Programm für diese Mesodermentwicklung und haben dieses nicht unabhängig voneinander erfunden".

Kombinatorischer Code für die passende Gen-Aktivierung

Zudem konnten die Wissenschafter in der Studie klären, wie "Twist" erkennt, wo genau es an den 120 Millionen Basenpaare der Fliegen-DNA binden muss, um die richtigen und nicht die falschen Bereiche anzuschalten. Eine "Kombination verschiedener Partnerfaktoren" ist dafür laut Stark verantwortlich. Ähnlich wie bei einem Fahrrad-Zahlenschloss entsteht dadurch ein "kombinatorischer Code", der dem Transkriptionsfaktor nur an ganz bestimmten Stellen ein Andocken ermöglicht. (red/APA)

  • Bild nicht mehr verfügbar

    Die Studie an Fruchtfliegen zeigte, dass die Programme für die Entwicklung verschiedener Zelltypen auch bei weit entfernten Arten nahe verwandt sind und im Laufe der Evolution vererbt wurden.

Share if you care.