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 Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen
24.03.2017 | Universität Bayreuth

nachricht Ultradünne CIGSE-Solarzellen: Nanostrukturen steigern den Wirkungsgrad
24.03.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

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: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

Über Raum, Zeit und Materie

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Preiswerte Katalysatoren finden und verstehen: Auf das Eisen kommt es an

24.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Hoffnung für Leberkrebspatienten

24.03.2017 | Medizintechnik

Innovationslabor für neue Wege in die digitale Zukunft

24.03.2017 | Förderungen Preise