Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie der modulare Aufbau der Proteine die Evolution fördert

27.07.2011
Die Entwicklung des gleichen Eiablageapparats wird bei zwei Wurmarten über ganz unterschiedliche Signalwege gesteuert

Die Veränderung einer kurzen Proteindomäne kann ein ganzes Signalnetzwerk zur Entwicklung der Organe umlenken, das hat eine Vergleichsstudie zur Evolution der Fadenwürmer Caenorhabditis elegans und Pristionchus pacificus ergeben.


Elektronenmikroskopische Aufnahmen der Fadenwürmer Caenorhabditis elegans (links) und Pristionchus pacificus (rechts)
Abbildung: Jürgen Berger/MPI für Entwicklungsbiologie

Das Organ selbst, der Eiablageapparat, ist jedoch in der äußeren Form bei beiden Tieren gleich geblieben. C. elegans und P. pacificus liefern daher ein gutes Beispiel für die Theorie über die Verschiebung der Entwicklungssysteme (developmental systems drift). Sie besagt, dass Organe bei verschiedenen Arten in ihrer Form häufig über eine längere Zeit der Evolution äußerlich gleich bleiben, die regulatorischen Mechanismen ihrer Entwicklung sich jedoch stark verändern können. Die neuen Ergebnisse werfen die Frage auf, ob allgemein der modulare Aufbau der Proteine der Evolution Freiräume gibt, während die Strukturen der Organe wie auch der Signalketten häufig über lange Zeiten hochkonserviert bleiben.

Der Fadenwurm C. elegans ist ein Modellorganismus der Genetik. Das zwittrige, im Boden lebende Tier wird nur etwa einen Millimeter lang. Sein Erbgut wurde vollständig entziffert, das Schicksal jeder seiner genau 959 Zellen können die Forscher nachverfolgen. In jahrelanger Forschungsarbeit hat Ralf Sommer, Direktor der Abteilung Evolutionsbiologie am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen, einen zweiten Fadenwurm, Pristionchus pacificus (P. pacificus), als Vergleichsmodellorganismus eingeführt. Er sieht C. elegans auf den ersten Blick ähnlich, gehört aber zoologisch zu einer anderen Familie. Der letzte gemeinsame Vorfahre der beiden Würmer hat vor 250 bis 420 Millionen Jahren gelebt, noch vor der großen Zeit der Dinosaurier. „Für unsere Vergleiche dürfen die Lebewesen nicht zu nah verwandt sein, weil sich geringe Unterschiede im Erbgut nur schwer bestimmten Ereignissen in der Evolution zuordnen lassen“, erklärt Xiaoyue Wang, Mitarbeiterin von Ralf Sommer und Erstautorin der Studie. „Die beiden Würmer sind ideal, weil uns eine Vielzahl genetischer und molekularbiologischer Methoden zur Verfügung steht.“ Die Forscher konzentrierten sich auf die Untersuchung der Vulva der Würmer, des Eiablageapparats, der bei beiden gleich aussieht und sich nach dem gleichen Muster aus sechs Vorläuferzellen bildet.

Es war bereits bekannt, dass jedoch die Entwicklung der Vulva bei C. elegans und P. pacificus unterschiedlich verläuft: Teilweise werden verschiedene Signalketten eingesetzt, teilweise werden über die gleichen Ketten bei einer Art fördernde, bei der anderen Art hemmende Signale geleitet. Diese Beobachtungen decken sich mit der Theorie der developmental systems drift. Um deren Gültigkeit eingehender zu prüfen, hat Xiaoyue Wang mit genetischen und molekularen Methoden vor allem die Einleitung der Vulvabildung in der hinteren Körperregion von P. pacificus genau analysiert: „Ich habe bei einem Proteinbauplan eine einzelne Mutation in einem Stoppelement der DNA gefunden, an dem bei C. elegans die Bildung des Proteins abgeschlossen wird. Doch hier werden noch weitere 17 Aminosäuren angehängt“, sagt die Forscherin. Das Protein ist ein Rezeptor, der durch die Verlängerung eine zusätzliche Bindungsstelle erhalten hat. Dies wiederum hat bewirkt, dass eine weitere Signalkette an den Rezeptor angekoppelt werden kann.

Die Evolution scheint dabei die vorhandenen Signalwege fast wie ein Baukastensystem zu nutzen: Eine Signalkette kann wie bei P. pacificus an einer neuen Stelle angekoppelt und in einem neuen Zusammenhang genutzt werden. „Ich glaube nicht, dass wir bei den Fadenwürmern eine ungewöhnliche Ausnahme entdeckt haben. Man weiß, dass solche Prozesse zur Entstehung von Krebs beim Menschen führen können. Aber genauso können sie auch zu allgemeinen Veränderungen führen, die der natürlichen Selektion unterliegen und so in der Evolution weitergegeben werden“, sagt Xiaoyue Wang. Dass Abweichungen in den Regulationsmechanismen nicht unbedingt zur Veränderung des Organs führen, könnte an der Redundanz liegen. Denn die Forscher haben früher bereits festgestellt, dass an der Ausbildung der Vulva parallel mehrere Spezifizierungsmechanismen beteiligt sind. Der modulare Aufbau der Proteine macht es möglich, dass wichtige Bereiche über die Evolution vieler Arten hinweg konserviert bleiben und zugleich kleine Domänen dynamisch Neuerungen einführen. Wie groß die Rolle dieser Mechanismen für die Evolution insgesamt ist, bleibt zu klären.

Originalpublikation:
Xiaoyue Wang, Ralf J. Sommer: Antagonism of LIN-17/Frizzled and LIN-18/Ryk in Nematode Vulva Induction Reveals Evolutionary Alterations in Core Developmental Pathways. PLoS Biology, 26. Juli 2011
Ansprechpartner:
Prof. Ralf J. Sommer
Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie
Abteilung Evolutionsbiologie
Tel.: 07071 601- 371 oder -441
E-Mail: ralf.sommer[at]tuebingen.mpg.de
Janna Eberhardt (Presse- & Öffentlichkeitsarbeit)
Tel.: 07071 601- 444
E-Mail: presse[at]tuebingen.mpg.de

Dagmar Sigurdardottir | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.tuebingen.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Auf der molekularen Streckbank
24.02.2017 | Technische Universität München

nachricht Sicherungskopie im Zentralhirn: Wie Fruchtfliegen ein Ortsgedächtnis bilden
24.02.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

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: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie