Seeanemone ist genetisch halb Tier, halb Pflanze

    Das Team um evolutionäre und Entwicklungsbiologe Ulrich Technau an der Universität Wien führte entdeckt, dass Seeanemonen zeigen eine genomische Landschaft mit einer Komplexität ähnlich der von Fruchtfliegen oder andere Tiermodellsystemen regulatorische Elemente . Dies deutet darauf hin , dass dieses Prinzip der Genregulation ist bereits 600.000.000 Jahre alt und stammt aus dem gemeinsamen Vorfahren von Mensch, fliegen und Seeanemone . Auf der anderen Seite , sind Seeanemonen ähnlicher Anlagen eher für Wirbeltiere und Insekten in ihrer Regulation der Genexpression durch kurze regulatorischen RNAs genannt microRNAs . Diese überraschenden evolutionären Entdeckungen werden in zwei Artikeln in der Zeitschrift Genome Research veröffentlicht .

    Unser Aussehen, die Form, die wir haben und wie unser Körper funktioniert, ist , zusätzlich zu den Umwelteinflüssen weitgehend das Ergebnis der Einwirkung von unseren Genen . Allerdings sind Gene selten einzelne Spieler , sondern eher an einem Strang ziehen und zu regulieren Aktivität und Expression des jeweils anderen in Genregulationsnetzwerken .

    Einfache Organismen mit komplexen Gen- Inhalte

    In den letzten Jahrzehnten die Sequenzierung des menschlichen Genoms und viele Tier zeigten, dass anatomisch einfachen Organismen wie Seeanemonen zeigen eine überraschend komplexe Gen- Repertoire wie höhere Modellorganismen . Dies impliziert , dass die Differenz der morphologischen Komplexität nicht so leicht durch die Anwesenheit oder Abwesenheit einzelner Gene erläutert. Einige Forscher vermuten, dass nicht der einzelne Gene für komplexere Baupläne , sondern wie sie verdrahtet sind und untereinander verbunden sind. Dementsprechend erwarten die Forscher , dass diese Gen-Netzwerke in einfachen Organismen weniger komplex als in der Human- oder "höher" Tiere sind .

    Eine Messung der Komplexität der Genregulation könnte die Verteilung und Dichte der regulatorischen Sequenzen im Genom ist. Diese Motive der DNA genannt Enhancer und Promotoren können Transkriptionsfaktoren spezifisch zu binden und oft regulieren die Expression von Zielgenen in bestimmten räumlich- zeitlichen Muster . " Finden diese kurze Motive in den Ozean von Nukleotiden ist alles andere als trivial " , erklärt Ulrich Technau , Professor an der Abteilung für Molekulare Evolution und Entwicklung .

     Nematostella vectensis
    Dieses Foto zeigt Nematostella vectensis .
    Copyright Nature 2005

    Während die Gene darstellen , in einem gewissen Sinn die Worte in der Sprache der Genetik, Enhancer und Promotoren dienen als Grammatik. Diese regulatorischen Elemente korrelieren mit bestimmten biochemischen epigenetische Modifikationen der Histone , Proteine ​​mit der DNA verknüpft , die Chromatin bilden . Mit Hilfe eines ausgeklügelten molekularen Ansatz namens Chromatin-Immunopräzipitation , Hertha - Firnberg - Kolleginnen Michaela Schwaiger, Mitglied Technau -Team war in der Lage, Promotoren und Enhancer auf einer Genom-weiten Ebene in der Seeanemone identifizieren und verglichen die Daten mit regulatorischen Landschaft komplexeren und höheren Modellorganismen .

    Genregulation vergleichbar höheren Tiermodellsystemen

    " Da die Seeanemone zeigt eine komplexe Landschaft der Gen ähnlich der Fruchtfliege oder andere Modelltiere regulatorische Elemente , glauben wir, dass dieses Prinzip von komplexen Genregulation war schon in der gemeinsamen Vorfahren von Menschen Derzeit fliegen und Seeanemone einige 600.000.000 Jahre vor " , Michaela Schwaiger Staaten.

    MicroRNAs sind wichtig für die Entwicklungsprozesse in menschlichen ...

    Schließlich führt die Genexpression der Bildung von Proteinen, die funktionelle Effektoren in unserem Körper. Zusätzlich zu der Steuerung der Transkription der DNA in RNA, kann die Expression eines Gens, das auch auf der post-transkriptionalen Ebene zu regeln, nachdem die RNA bereits produziert wird. Hier spielen microRNAs eine entscheidende Rolle. MicroRNAs sind kurze regulatorischen RNAs, die binden können, um RNAs Ziel und hemmen ihre Übersetzung oder zu Dissoziation von der Ziel-RNA. In den letzten Jahren wurden Hunderte von microRNAs in vielen Tieren und sogar mehr als 1000 microRNAs in menschlichen identifiziert. Viele von ihnen haben eine wichtige Rolle im Stoffwechsel und sind entscheidend für Entwicklungsprozesse. Mutationen in unterschiedlichen microRNAs sind mit schweren Krankheiten wie Krebs. Jedes MikroRNA können viele verschiedene RNAs in einer sequenzspezifischen Weise zu binden. "Wir gehen davon aus, dass 30 bis 50 Prozent aller menschlichen Gene werden von microRNAs reguliert", erläutert Ulrich Technau. Jedoch ist die evolutionären Ursprung tierischen mikroRNAs noch unklar.

    ... und in Pflanzen

    MicroRNAs wurden auch in Pflanzen entdeckt , aber es wurde angenommen, dass sie entstanden sind unabhängig von Tier microRNAs , da sie (1) keine Sequenzähnlichkeit , ihnen zu zeigen , (2 ) eine unterschiedliche Biogenese Weg und (3) eine im wesentlichen andere Wirkungsweise : Pflanzen mikroRNAs binden nur ein zu einer Handvoll von Targets mit hoher Sequenzspezifität und induziert mit Hilfe von Argonaut-Proteine ​​, die spezifische Spaltung der Ziel-RNA . In Zusammenarbeit mit amerikanischen , Französisch und Norwegisch Gruppen, Ulrich Technau und sein Team es geschafft, 87 microRNAs von der Seeanemone isolieren.

    Yehu Moran, David Fredman und Daniela Praher vom Technau Team konnten zeigen, dass die microRNAs der Seeanemone zeigen alle Merkmale Pflanze microRNAs : Sie haben eine fast perfekte Ergänzung , um ihre Ziel-RNAs , die anschließend gespalten werden, und nicht wie gehemmt in anderen Tieren. Moran auch ein Gen entdeckt, in der Seeanemone , Hyl -1, die für die microRNA Biogenese in Pflanzen ist und war nie in einem anderen Tiermodell Organismus , bevor festgestellt. Außerdem, wenn man die Sequenzen der mikroRNAs vergleicht , kann man MikroRNA mit Ähnlichkeit zu einer Pflanze MikroRNA sowie ein MikroRNA mit Ähnlichkeit zu einem Tier MikroRNA gefunden werden. Insgesamt deuten diese Ergebnisse, die erste evolutionäre Verbindung zwischen microRNAs von Pflanzen und Tieren .

    Kurzum, während der Seeanemone Genom , Genrepertoire und Genregulation auf DNA-Ebene ist überraschend ähnlich wie Wirbeltieren , ist die posttranskriptionelle Regulation pflanzenartigen und wahrscheinlich stammt aus dem gemeinsamen Vorfahren der Tiere und Pflanzen . Dies ist die erste qualitative Unterschied zwischen Cnidaria und "höheren" Tieren und die Ergebnisse geben Aufschluss darüber, wie wichtig Ebenen der Genregulation können unabhängig voneinander entwickeln.