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Basler Forscher entdecken einen neuen molekularer Schalter: Das
Aktivierungs-Element wird von Mad-Proteinen aktiviert und vom Regulator-Protein
Brinker (Brk) reprimiert.
[Bild: Alexander Weiss, Biozentrum der Universität Basel]
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Trotz der grossen Anzahl verschiedener Gene sind für
deren Steuerung nur wenige verschiedene Prozesse verantwortlich. Diese
Regulierungsmechanismen entwickelten sich bereits früh in der
Evolution und existieren in sehr ähnlicher Form sowohl bei einfachsten
Geschöpfen, wie den winzigen Fadenwürmern, als auch bei komplexen
Lebewesen wie dem Menschen. Einer der
wichtigsten Mechanismen der Genregulation ist der sogenannte
BMP-Signaltransduktionsweg. Wird dieser durch das Andocken bestimmter
Signalstoffe an die Zelloberfläche aktiviert, leitet er das Signal in
das Zellinnere an die sogenannten Smad-Proteine weiter. Diese wandern
in den Zellkern, wo sie die Aktivität bestimmter Gene koordiniert
regulieren. Dieser Vorgang ist essentiell für eine Vielzahl von
physiologischen Prozessen, angefangen bei der Entwicklung eines
komplexen Organismus aus einer einfachen Eizelle heraus, bis hin zu
Wundheilung, und kann bei Versagen zu schwerwiegenden Erkrankungen wie
zystischer Fibrose oder Krebs führen.
DNA-Aktivierungscode entschlüsselt Um
herauszufinden, auf welche Weise der BMP-Signaltransduktionsweg
spezifische Gene aktivieren kann, wählte das Forscherteam um Markus
Affolter vom Biozentrum der Universität Basel die Fruchtfliege
Drosophila melanogaster als Modell. Die Wissenschaftler
identifizierten ein kurzes DNA-Element, an das die Smad-Proteine
binden, um ein bestimmtes Gen zu aktivieren. Mithilfe dieser
entdeckten DNA-Sequenz waren sie erstmals in der Lage, erfolgreich
weitere Gene zu ermitteln, die auf die gleiche Art und Weise
angeschaltet werden. Darüber hinaus konnten die
Forscher zeigen, dass gezielte Veränderungen des entdeckten
DNA-Elements seine Funktion abwandeln und sogar komplett umkehren
können: ein Mechanismus, den die Natur wohl oft einschlägt, um
Genaktivitäten im Laufe evolutionärer Vorgänge anzupassen. Weitere
Experimente ergaben, dass das entdeckte Steuerelement auch in
Wirbeltieren wie dem Zebrafisch funktionsfähig ist und somit seine
Aufgabe über hunderte von Millionen Jahren bewahrt hat.
Mit ihren neuesten Erkenntnissen leisten die Basler Wissenschaftler
einen wichtigen Beitrag zur Entschlüsselung des komplexen
Regulationsnetzwerks, das in jeder Zelle genau festlegt, wann und
welche Gene aktiv sind, und das bei Fehlfunktionen Erkrankungen und
Missbildungen hervorruft. Darüber hinaus gewähren die
Forschungsergebnisse Einblicke, wie die Evolution mit erstaunlich
wenigen und kaum veränderlichen Mitteln die Artenvielfalt unserer Erde
hervorgebracht hat.
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