Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gen-Schalter für Geruchsrezeptoren

11.11.2011
Regulatorelemente im Erbgut kontrollieren die Wahrscheinlichkeit, mit der Riechzellen eines der rund 1200 Rezeptorgene auswählen

Die Sinneszellen der Nasenschleimhaut nehmen die unzählige Vielfalt der Gerüche aus der Umgebung mit Hilfe von Geruchsrezeptoren wahr. Jede Sinneszelle entscheidet sich dabei für die Auswahl eines einzigen Rezeptortypen. Die Wahrscheinlichkeit, mit der diese Entscheidung auf ein bestimmtes Rezeptorgen fällt, bestimmt, wie viele Riechzellen diesen Rezeptortyp produzieren.


"NanoString"-Analyse: Das Verfahren versieht jede RNA mit einer Art Strichcode und macht sie so identifizierbar. Der Code besteht aus jeweils sechs Punkten mit den Farben grün, blau, rot und gelb. Die Strichcodes sind auf einer Oberfläche gebunden und werden durch ein elektrisches Feld so auseinandergezogen, dass sie unter dem Mikroskop sichtbar werden. Diese Art der Analyse von Genaktivität ist digital: Jeder Barcode entspricht einer bestimmten RNA. © NanoString

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Biophysik in Frankfurt haben nun einen wichtigen Mechanismus entdeckt, der die Wahrscheinlichkeit der Auswahl dieser Gene bestimmt. Demnach kontrollieren im Erbgut so genannte Regulatorelemente jeweils eine Gruppe von Rezeptorgenen in der ihrer näheren DNA-Umgebung. Diese Elemente wirken wie molekulare Schalter, welche die Aktivität von Genen anschalten können. Reguliert wird die Wahrscheinlichkeit, mit der Gene angeschaltet werden, nicht die Menge an Rezeptormolekülen, die eine Zelle bildet.

Die Gene für Geruchsrezeptoren bilden die größte Genfamilie im Erbgut vieler Tiere: Bei Mäuse beispielsweise sind von insgesamt 25000 Genen rund 1200 Gene für Geruchsrezeptoren. Die Rezeptorgene sind auf etwa 40 Regionen verteilt. Diese Gen-Gruppen enthalten unterschiedlich viele Rezeptorgene.

Regulatorelemente in der näheren Umgebung auf dem Chromosom kontrollieren die Aktivität einzelner Gene aus diesen Gruppen. Bekannte Regulatorelemente sind bislang das H-Element auf Chromosom 14 und das P-Element auf Chromosom 7.

Die Max-Planck-Forscher haben nun mittels RNA-Analysen entdeckt, dass das P-Element einzelne Gene aus einer Gruppe von 24 Geruchsrezeptor-Genen aktiviert: In gentechnisch veränderten Mäusen ohne das P-Element verändert sich die Wahrscheinlichkeit drastisch, dass eine Geruchssinneszelle eines der Gene auswählt. „Das P-Element kann die Gene nur anschalten und so bestimmen, ob eine Zelle einen Rezeptor bildet. Es hat jedoch keinen Einfluss darauf, wie viele Rezeptormoleküle die Zelle produziert. Es wirkt also wie ein Ein-Aus-Schalter“, sagt Peter Mombaerts vom Max-Planck-Institut für Biophysik. Andere Gen-Gruppen auf demselben oder anderen Chromosomen beeinflusst das Element nicht.

Der gezielte Verlust des P-Elements wirkt sich dabei unterschiedlich auf die Wahrscheinlichkeit der Rezeptorgenaktivierung aus: Manche Rezeptorgene werden nun gar nicht mehr ausgewählt, andere von weniger Sinneszellen. Wieder andere bleiben völlig unbeeinflusst. Daraus lässt sich schließen, dass das P-Element nicht als einziges die Aktivierung dieser Gen-Gruppe kontrolliert. Darauf deutet auch die begrenzte „Reichweite“ der Regulatorelemente in der jeweiligen Gen-Gruppe: Die Wirkung von H- und P-Elementen beschränkt sich nämlich auf 200000 Basenpaare. „Aus der Anzahl von Rezeptorgenen und den Abständen zwischen ihnen können wir auf die potenzielle Anzahl an Regulatorelementen schließen, die für ihre Kontrolle nötig sind. Jede Gen-Gruppe muss also von mehreren Elementen kontrolliert werden, insgesamt gibt es möglicherweise etwa 150 solcher Elemente für Geruchsrezeptorgene“, erklärt Mombaerts.

Noch wissen die Wissenschaftler nicht, auf welche Weise die Regulatorelemente die Auswahl von Geruchsrezeptorgenen beeinflussen. Möglicherweise geschieht dies über regulatorische Proteine, die an spezielle Bindungsstellen auf der DNA andocken können.

Möglich wurden diese Befunde mit der neuen Methode „NanoString“ zur Messung einzelner Boten-RNA-Moleküle. Mit dieser Methode konnten die Forscher die Menge an Boten-RNA von der Hälfte aller Geruchsrezeptorgene in einem Arbeitsschritt messen. Herkömmliche Methoden dagegen können nur ein Gen nach dem anderen auf seine Aktivität analysieren.

Die Ergebnisse bringen die Wissenschaftler der Antwort einen Schritt näher, wie die Geruchssinneszellen aus der riesigen Anzahl an Rezeptorgenen jeweils nur ein Gen auswählen. „Die vollständige Aufklärung dieser faszinierenden Frage wird noch einige Zeit in Anspruch nehmen. Die Anordnung in Gen-Gruppen spielt dabei möglicherweise eine besondere Rolle. Den einen Mechanismus dafür gibt es aber sicher nicht, wahrscheinlich wird die Auswahl auf verschiedenen Ebenen reguliert“, mutmaßt Mombaerts.

Ansprechpartner
Dr. Peter Mombaerts
Max-Planck-Institut für Biophysik, Frankfurt am Main
Telefon: +49 69 6303-4000
E-Mail: peter@mombaerts.org
Originalveröffentlichung
Mona Khan, Evelien Vaes, and Peter Mombaerts
Regulation of the Probability of Mouse Odorant Receptor Gene Choice
Cell, 11 November 2011, 147; S. 907-921 (doi:10.1016/j.cell.2011.09.049)

Dr. Peter Mombaerts | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/4642156/gene_fuer_geruchsrezeptoren

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Hemmung von microRNA-29 schützt vor Herzfibrosen
20.11.2017 | Technische Universität München

nachricht Satellitenbilder zur Erfassung von Biodiversität nur bedingt tauglich
20.11.2017 | 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: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

500 Kommunikatoren zu Gast in Braunschweig

20.11.2017 | Veranstaltungen

VDI-Expertenforum „Gefährdungsanalyse Trinkwasser"

20.11.2017 | Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Künstliche neuronale Netze: 5-Achs-Fräsbearbeitung lernt, sich selbst zu optimieren

20.11.2017 | Informationstechnologie

Tonmineral bewässert Erdmantel von innen

20.11.2017 | Geowissenschaften

Hemmung von microRNA-29 schützt vor Herzfibrosen

20.11.2017 | Biowissenschaften Chemie