Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ringen ums X-Chromosom

18.06.2014

MOF-Komplexe steuern genetisches Fair-Play

Die Geschlechter vieler Tierarten lassen sich durch die unterschiedliche Zahl von X-Chromosomen unterscheiden. Während Männchen nur ein X-Chromosom besitzen, haben Weibchen zwei Kopien. Daraus entsteht evolutionär der Druck, Mechanismen zu entwickeln, die dieses Ungleichgewicht vermeiden.


Immunfluoreszenzbild einer Kolonie weiblicher embryonaler Mausstammzellen.

MPI f. Immunbiologie und Epigenetik/ Tomasz Chelmicki

Manche Arten, wie etwa Fruchtfliegen, regulieren das einzelne X-Chromosom in Männchen hoch, während andere Arten, etwa Maus oder Mensch, eines der beiden X-Chromosomen in Weibchen stilllegen.

Forscher des Max-Planck-Instituts für Immunbiologie und Epigenetik in Freiburg zeigen jetzt, dass das evolutionär konservierte Protein MOF, das bei der Regulierung in Fliegen eine Rolle spielt, auch an der Kompensation bei Mäusen beteiligt ist. Erstaunlicherweise wird diese MOF-vermittelte Regulierung nicht durch einen, sondern parallel durch zwei Proteinkomplexe sichergestellt.

In männlichen Fruchtfliegen sorgt der Protein-Komplex MSL gemeinsam mit seinem wichtigsten Enzym MOF dafür, dass die Gene des einzeln vorliegenden X-Chromosoms doppelt so intensiv abgelesen werden wie andere Chromosomen.

Auch bei Mäusen haben die Geschlechter mit der unterschiedlichen Zahl von X-Chromosomen zu kämpfen. Anders als bei Fliegen aber, die eine verstärkte X-Expression in Männchen zeigen, kommt es bei weiblichen Mäusen zu einer Inaktivierung von einem der beiden X-Chromosomen, was als X-Inaktivierung bezeichnet wird.

Das Team um Asifa Akhtar, Direktorin am Freiburger Max-Planck-Institut, zeigte nun, dass zwei evolutionär konservierte Proteinkomplexe Einfluss haben auf die X-Inaktivierung in Säugerzellen. Beide Komplexe steuern die Funktion des Genregulators MOF. „Am eindrücklichsten ist, dass MOF und seine Protein-Partner die Aktivität der beiden X-Chromosomen in weiblichen Stammzellen aufrechterhalten.

Das ist unerlässlich, damit die Zellen ihren einzigartigen Charakter behalten“, sagt Akhtar. Während der Entwicklung weiblicher Säugetiere muss eines von zwei X-Chromosomen abgeschaltet werden, um so die gleiche Anzahl an Genen in Männchen und Weibchen zu schaffen. Dieser Vorgang wird „Dosiskompensation“ genannt. In embryonalen Stammzellen jedoch müssen beide X-Chromosomen aktiv bleiben.

Die Studie weist nun nach, dass der MOF-Protein-Komplex eine entscheidende Rolle bei dieser Regulierung spielt. Der MOF-MSL-Komplex reguliert das Gen Tsix. Tsix wiederum hemmt die Produktion von Xist, einem RNA-Molekül, das für die X-Inaktivierung verantwortlich ist. Der Protein-Komplex MOF-NSL stellt die Identität als Stammzelle sicher, indem er mehrere Transkriptionsfaktoren aktiviert und so effizient der Bildung der Xist-RNA entgegenstrebt, die die X-Hemmung zur Folge hätte.

„Es war überwältigend zu sehen, dass das gleiche Protein sowohl in Mäusen als auch in Fliegen an der X-chromosomalen Gendosierung beteiligt ist, obwohl die Mechanismen Welten voneinander entfernt scheinen“, ergänzt Ko-Erstautor Tomasz Chelmiki. Zudem beeinflussen die MOF-assoziierten Komplexe die Expression tausender Gene in Mauszellen.

Die Kombination leistungsstarker Sequenzier-Methoden und biochemischer Experimente ermöglichte detaillierte Einblicke in genomweite Wechselwirkungen von MSL und NSL. „Es ist eine echte Herausforderung, die stetig wachsende Menge von Daten zu analysieren, die durch Hoch-Durchsatzverfahren entsteht“, sagt Ko-Erstautorin Friederike Dündar. „Aber es erlaubt uns zu untersuchen, wie unterschiedliche Komplexe zusammenwirken und einander ergänzen, um das gleiche Ziel in der Zelle zu erreichen.“

Das MOF-Enzym ist in der Zelle für die Azetylierung von Histonen zuständig. Diese post-translationale Modifikation macht die DNA leichter zugänglich für die Gen-Ablese-Maschinerie der Zelle. Beitragen werden die Studienerkenntnisse zu einem besseren Verständnis komplexer zellulärer Vorgänge wie etwa Embryonalentwicklung, Organogenese und krankhafter Veränderungen wie etwa Krebs.

Originalpublikation:
Chelmicki T, Dündar F, Turley MJ, Khanam T, Aktas T, Ramírez F, Gendrel AV, Wright PR, Videm P, Backofen R, Heard E, Manke T and Akhtar A.
MOF-associated complexes ensure stem cell identity and Xist repression.
eLife 2014;10.7554/eLife.02024

Ansprechpartner:
Dr. Asifa Akhtar
Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik, Freiburg
Telefon: +49 761 5108-565
Fax: +49 761 5108-220
E-Mail:akhtar@ie-freiburg.mpg.de

Johannes Faber
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik, Freiburg
Telefon: +49 761 5108-368
E-Mail:faber@ie-freiburg.mpg.de

Weitere Informationen:

http://elifesciences.org/content/3/e02024 Originalpublikation auf eLife

Dr Harald Rösch | Max-Planck-Gesellschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht 'Fix Me Another Marguerite!'
23.06.2017 | Universität Regensburg

nachricht Schimpansen belohnen Gefälligkeiten
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften (MPIMIS)

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: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften