Genomvergleiche zwischen Mensch, Fruchtfliege und Fadenwurm veröffentlicht

1. September 2014, 11:41
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Bisher unbekannte funktionale Elemente von Genomen konnten identifiziert werden

Wien/Stanford - Forschern gelang ein weiterer wichtiger Schritt bei der Erforschung des menschlichen Genoms: In gleich mehreren Studien im Fachblatt "Nature" präsentierten Wissenschafter der internationalen Forschungsnetzwerke ENCODE und modENCODE aktuell detaillierte Analysen und Vergleiche der Erbinformationen von Menschen, Fruchtfliegen und Fadenwürmern.

"Einer der wissenschaftlichen Durchbrüche unserer Zeit ist die Sequenzierung des menschlichen Genoms und jenes von Modellorganismen, der Fruchtfliege Drosophila melanogaster und des Fadenwurms C. elegans gewesen", schreiben Felix Mürdter und Alexander Stark vom Institut für Molekulare Pathologie (IMP) in einem Kommentar zu den neuen Genom-Analysen. "Diese Basensequenzen enthalten artspezifische Informationen über Protein-kodierende und nicht-kodierende Gene sowie regulatorische Informationen und bestimmen, wann und wo Gene aktiviert werden."

Die Forscher fokussierten bei ihren Untersuchungen vor allem auf drei unterschiedliche Funktionen: welche Gene in Zellen oder den Organismen in RNA kodiert werden, wo und wie regulatorische Elemente an der Erbsubstanz wirken (Gene blockierend oder aktivierend) und wie jene Proteinstrukturen in den Zellen gestaltet sind, auf denen die Erbsubstanz wie ein Faden aufgewickelt ist (Histone).

Mit den neuen Ergebnissen wurde jedenfalls ein erheblicher Wissenszuwachs geschaffen: Die Zahl der funktionalen Elemente, die nun bekannt sind, stieg für den Menschen von etwas mehr als 900 im Jahr 2012 auf nunmehr rund 1.400, beim Fadenwurm C. elegans von etwa hundert auf rund 500 und bei der Fruchtfliege von etwa 300 auf rund 1.000.

Ähnlichkeiten und Unterschiede

Auf der Basis von in RNA und somit für die Produktion von Proteinen vorgesehenen Erbinformationen ("Transkriptom") entdeckten Mark Gerstein von der Yale University und seine Kollegen bei allen drei Arten vorliegende Gemeinsamkeiten: Sie spielen offenbar auch in der Entwicklung der Organismen eine Rolle: Zwischen dem Larvenstadium der Fruchtfliege und dem Embryo-Stadium des kleinen Wurms gibt es genetische Ähnlichkeiten. Auf der anderen Seite lässt sich offenbar von der Struktur der Histone, der "Spulen" für die Erbsubstanz Rückschlüsse darauf ziehen, ob bestimmte Genabschnitte eine Funktion haben oder nicht.

Regulatorische Elemente, welche zur Aktivierung oder Deaktivierung eines Gens beitragen, sind offenbar schwieriger zu identifizieren. Carlos Araya (Stanford University) und seine Kollegen haben die Bindungsprofile von 92 Proteinen, welche das Ein- oder Ausschalten von Genen steuern, in unterschiedlichen Entwicklungsstadien von C. elegans untersucht. In einer weiteren Arbeit fanden Alan Boyle (Stanford University) und seine Mitautoren heraus, dass bei der Fruchtfliege und beim Fadenwurm solche regulatorischen Elemente an sehr ähnlichen Genomabschnitten andocken, um ihre Funktion zu erfüllen.

Allzu ähnlich sind sich in allen diesen Belangen der Mensch, der Wurm und die kleine Fliege freilich nicht. Die untersuchten Mechanismen sind nämlich schon allein von Zelltyp zu Zelltyp jedes mehrzelligen Organismus und vom Status seiner Entwicklung her unterschiedlich. Und von einer Zelle des Menschen zu Zellen einer fertig entwickelten Fliege oder einem Fadenwurm-Embryo ist es doch recht weit. (APA, 1.9.2014)

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