Embryonale Entwicklung – Gen an

Die frühe Phase der Entwicklung von Embryonen wird überwiegend durch einen Vorrat an Ribonukleinsäuren (RNAs) und Proteinen ermöglicht, der in der Eizelle vorhanden ist. Während der Embryo sein eigenes Genom aktiviert, werden die Genprodukte der Eizelle graduell abgebaut und neue embryonale RNA erzeugt.

„In dieser Phase, die als maternal-embryonale Transition (MET) bezeichnet wird, enthält ein Embryo sowohl RNA aus der Eizelle als auch seine eigenen embryonalen Transkripte. Diese Mischung erschwert es, den genauen Zeitpunkt und den Verlauf der Genomaktivierung zu bestimmen“, sagt Professor Eckhard Wolf, Inhaber des Lehrstuhls Molekulare Tierzucht und Biotechnologie am Genzentrum der LMU.

Gemeinsam mit dem Biochemiker Dr. Helmut Blum vom Laboratorium für funktionale Genomanalyse am Genzentrum der LMU hat Wolf nun verschiedene Verfahren entwickelt und getestet, mit denen die Aktivierung des embryonalen Genoms untersucht werden kann. Darüber berichten die Wissenschaftler aktuell in der Fachzeitschrift PNAS.

Zeitpunkt der Aktivierung von 8000 Genen erfasst

Dafür haben sie im Modellsystem Rind Embryonen aus einer Kreuzung von zwei verschiedenen Rinderrassen generiert, die sich geringfügig in ihrer DNA-Sequenz unterscheiden, sodass embryonale Transkripte von väterlichen und mütterlichen Genomabschnitten differenziert werden können. Die in den Embryonen vorhandene RNA wurde in eine so genannte copy DNA umgeschrieben und diese dann mit modernsten Verfahren der Hochdurchsatzsequenzierung analysiert. Auf dieser Grundlage konnten die Wissenschaftler die ursprünglich in der Eizelle vorhandene mütterliche RNA von der im Embryo neu hergestellten RNA mit verschiedenen Ansätzen unterscheiden.

Ihr Verfahren ist so empfindlich, dass sie damit die Aktivierung von Genen erfassen konnten, deren RNAs in der Eizelle nicht vorhanden waren. Aufgrund der Unterschiede in der DNA-Sequenz des mütterlichen und väterlichen Genoms konnten sie auch die Aktivierung der väterlichen Gene über das Auftreten von bestimmten Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) untersuchen.

Durch die detaillierte Auswertung der Sequenzdaten konnten sie zudem zwischen ursprünglich vorhandener reifer RNA der Eizelle und den neu abgeschriebenen, noch nicht gereiften RNAs unterscheiden. „Die Kombination dieser Verfahren ermöglichte es, für fast 8000 Gene den Zeitpunkt der Aktivierung in der frühen Embryonalentwicklung zu erfassen“, sagt Wolf. 

Die Arbeiten von Helmut Blum und Eckhard Wolf zeigen einen Weg auf, wie durch die Kombination von biotechnologischen und modernsten analytischen Verfahren neue Einblicke in die Steuerung der frühen Embryonalentwicklung gewonnen werden können. Diese sind im Kontext assistierter Reproduktionstechniken wie der In-vitro-Fertilisation oder bei Stoffwechselstörungen der Mutter besonders interessant.

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Eckhard Wolf
Lehrstuhl für Molekulare Tierzucht und Biotechnologie
Genzentrum der LMU München
Tel: 089/2180-76800
E-Mail: ewolf@lmu.de
http://www.gen.vetmed.uni-muenchen.de/personen/professoren/wolf/index.html

Dr. Helmut Blum
Laboratorium für funktionale Genomanalyse (LAFUGA)
Genzentrum der LMU München
Tel.: 089 2180 76700
E-Mail: blum@lmb.uni-muenchen.de
http://www.genzentrum.lmu.de/directory-of-people/Lab/Blum

Publikation:
Alexander Graf, Stefan Krebs, Valeri Zakhartchenko, Björn Schwalb, Helmut Blum, Eckhard Wolf:
Fine mapping of genome activation in bovine embryos by RNA sequencing.
Proc Natl Acad Sci USA
http://www.pnas.org/content/early/2014/02/28/1321569111.abstract