Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Evolutionäre Neuentwicklungen können auch in „neutraler“ DNA entstehen

02.11.2011
Heidelberger Wissenschaftler zeigen, dass Evolution neue Funktionen „aus dem Nichts“ erzeugt

Der größte Teil des menschlichen Erbgutes besteht aus DNA ohne offensichtliche Funktion, der sogenannten „neutralen“ oder „Junk-DNA“. Die Wissenschaftler Dr. Laurence Ettwiller und Michael Eichenlaub vom Centre for Organismal Studies der Universität Heidelberg konnten nun diese „Dunkle Materie“ des Erbgutes als Quelle für evolutionäre Neuentwicklungen identifizieren.


Mit Hilfe des grün fluoreszierenden Proteins (GFP) wurden diejenigen Strukturen im Medaka-Fisch sichtbar gemacht, in denen die identifizierten „de novo“-Enhancer aktiv sind.
Abbildung: Ettwiller / Eichenlaub


Japanischer Süßwasserfisch Medaka
Abbildung: Ettwiller / Eichenlaub

Ihre Studie zeigt, dass schon wenige Veränderungen in funktionell inaktiver „Junk-DNA“ ausreichen, um wichtige Steuerelemente der Genregulation, die Enhancer, neu entstehen zu lassen. Die Forschungsergebnisse werden am 1. November 2011 in „PLoS Biology“ veröffentlicht.

Genetische Unterschiede zwischen Menschen werden weniger von Differenzen in den 1,5 Prozent des Erbguts bestimmt, die für Genprodukte kodieren. Vielmehr gehen Experten heute davon aus, dass zur Vielfalt innerhalb der Spezies Homo sapiens vor allem Veränderungen in denjenigen Abschnitten der DNA beitragen, die die Genregulation, das heißt die Bildung von Genprodukten wie Proteinen, beeinflussen. Ein wesentliches Steuerelement der Genregulation sind „Verstärker“, die Enhancer. Veränderungen in Enhancern sind einerseits Ursache zahlreicher Krankheiten und Fehlbildungen. Andererseits bergen sie das Innovationspotential für evolutionäre Neuentwicklungen.

Michael Eichenlaub und Laurence Ettwiller haben nun gezeigt, dass solche Innovationen durch die „de novo“-Bildung von neuen Enhancern entstehen können. Sie konnten belegen, dass nur geringe Veränderungen in der DNA-Sequenz ausreichen, um neue regulatorische Elemente aus nicht-regulatorischer „Junk-DNA“ entstehen zu lassen. Diese Beobachtung steht im Kontrast zur allgemeinen Annahme unter Evolutionsforschern, dass evolutionäre Neuentwicklung überwiegend auf der Modifikation prä-existenter funktioneller Elemente des Genoms basiert. Diese Sichtweise hat dazu beigetragen, dass Forscher ihr Augenmerk bisher fast ausschließlich auf Veränderungen funktionell aktiver Genomelemente gerichtet haben. Veränderungen innerhalb „neutraler“ oder „Junk-DNA“ – den etwa 97 Prozent der Erbinformation, die auch als die „Dunkle Materie“ des Genoms bezeichnet werden – wurden dagegen vernachlässigt. „Unsere Arbeit wirft ein Licht auf diese vernachlässigten Abschnitte des Genoms, die ein Spielfeld zur Herstellung neuer Enhancer sein dürften“, sagt Studienleiterin Laurence Ettwiller.

Die Heidelberger Wissenschaftler verwendeten für den Beweis dieser neuen Enhancer einen experimentellen Ansatz in dem japanischen Süßwasserfisch Medaka. Sie testeten verwandte Sequenzen von verschiedenen Spezies auf Enhancer-Aktivität und konnten in mehreren Fällen die Existenz neu entstandener Enhancer aus nicht-funktioneller „Junk-DNA“ zeigen. Auch wenn die Studie in Fischen durchgeführt wurde, ist davon auszugehen, dass beim Menschen identische Mechanismen zur evolutionären Neuentwicklung existieren, wie Laurence Ettwiller erläutert.

„Die Studie beweist, dass die winzigen Veränderungen im Erbgut, die sich von Generation zu Generation ansammeln, ausreichen, um neue Funktionen ,aus dem Nichts‘ entstehen zu lassen“, erläutert Michael Eichenlaub. „Unsere Methode könnte dabei helfen, Veränderungen zu verstehen, die zur Entwicklung unserer Spezies geführt haben“, so Dr. Ettwiller, „und die funktionelle Bedeutung der 1,23 Prozent der Erbinformation zu entschlüsseln, in denen sich das menschliche Genom von dem des Schimpansen unterscheidet.“

Weitere Informationen können im Internet unter http://www.cos.uni-heidelberg.de/forschung/ettwiller/index.html abgerufen werden.

Originalpublikation:
Eichenlaub MP, Ettwiller L: De Novo Genesis of Enhancers in Vertebrates. PLoS Biol 9(11): e1001188, doi:10.1371/journal.pbio.1001188
Kontakt:
Dr. Laurence Ettwiller
Centre for Organismal Studies
Telefon (06221) 54-6495
laurence.ettwiller@cos.uni-heidelberg.de
Kommunikation und Marketing
Pressestelle, Telefon (06221) 54-2311
presse@rektorat.uni-heidelberg.de

Marietta Fuhrmann-Koch | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-heidelberg.de
http://www.cos.uni-heidelberg.de/forschung/ettwiller/index.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Was nach der Befruchtung im Zellkern passiert
06.12.2016 | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

nachricht Forscher vergleichen Biodiversitätstrends mit dem Aktienmarkt
06.12.2016 | Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Flüssiger Wasserstoff im freien Fall

05.12.2016 | Maschinenbau

Forscher sehen Biomolekülen bei der Arbeit zu

05.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungsnachrichten