Netzwerke der gen-Aktivität Kontrollorgan Entwicklung: Evolutionäre Studien über die Entwicklungs-genetischen Programme über Säugetiere
Zum ersten mal haben Forscher entschlüsselten den genetischen Programme, die die Entwicklung der wichtigsten Organe in Menschen und andere Säugetiere rhesus-Affen, Mäusen, Ratten, Kaninchen und opossums — vor und nach der Geburt. Next-generation sequencing-Technologien, die molekulare Biologen an der Universität Heidelberg analysiert die Gehirn -, Herz -, Leber -, Nieren -, Hoden und Eierstöcke. Ihre groß angelegte Studie zeigt, unter anderem, dass alle Organe untersucht aufweisen grundlegenden und ursprünglichen Genaktivität Netzwerke haben muss, entstanden schon im frühen säugetier-evolution mehr als 200 Millionen Jahren. In einer zweiten großen Studie, die Wissenschaftler zum ersten mal erkundet der Entwicklung Rollen, die von einem bislang schlecht verstanden, aber große Kategorie von Genen, sogenannte RNA-Gene, aus denen ribonukleinsäuren und Proteine nicht, wie „normale“ Gene.
Eine fein abgestimmte und komplexe Interaktion von der Aktivität einer Vielzahl von Genen — auch bekannt als der Genexpression — steuert die Entwicklung von einer befruchteten Eizelle zu einem Erwachsenen Organismus. Zuvor wird das Verständnis dieser wesentlichen genetischen Programme in Säugetieren wurde eingeschränkt auf einzelne protein-Genen und bestimmten Organen oder Phasen der Entwicklung. Außerdem, die meisten früheren arbeiten konzentrierte sich auf die Maus. „Die genetischen Grundlagen, die für die Unterschiede in Größe, Struktur und Funktion von Organen in verschiedenen Säugetieren noch weitgehend unbekannt“, sagt Prof. Dr. Henrik Käßmann, „group leader“ Funktionale evolution von säugetier-genomen“ Forschungsgruppe am Zentrum für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg (ZMBH).
Um vollständig zu untersuchen die Entwicklungs-Programme, die Käßmann-team wandte sich an innovative high-throughput-Ansätze. Diese next-generation-sequencing-Technologien (NGS) ermöglichen die Analyse der expression aller Gene im jeweiligen Genom in der gleichen Zeit. Mittels NGS, mehr als 100 Milliarden Ausdruck Fragmente für beide protein-und RNA-Gene aus verschiedenen Organen und Säugetieren waren zu Lesen. „Dies erlaubt es uns, zu quantifizieren und zu vergleichen, die Verlagerung der gen-Aktivitäten im Laufe der Entwicklung“, erklären Dr. Margarida Cardoso-Moreira und Ioannis Sarropoulos, die ersten Autoren der beiden Publikationen beschreiben, dass die Studien.
Die bioinformatische Auswertung der Daten erfolgte mit Hilfe der Hochleistungs-Computer an der Universität Heidelberg Rechenzentrum. Sie lieferten neue Erkenntnisse über die genetische Kontrolle der Entwicklung von Organen bei Säugetieren. Die grundlegenden und ursprünglichen Genaktivität Netzwerke, die die Forscher entdeckt, die so ähnlich funktionieren und bestimmen wichtige Entwicklungs-Prozesse in allen Säugetieren untersucht, einschließlich des Menschen. Das bedeutet, dass diese molekularen Netzwerke, die bereits kontrollierten organ Entwicklung der frühen Säugetiere vor 200 Millionen Jahren.
Die Forscher fanden auch eine überraschend große Zahl von Genen, deren Aktivitätsmuster wichen deutlich von anderen in den verschiedenen Arten von Säugetieren. Diese Unterschiede, die sich im Laufe der evolution, erklären die spezifischen organ Merkmale der jeweiligen Arten. Für die Gene Steuern die Entwicklung des Gehirns, zum Beispiel die Heidelberger Forscher waren in der Lage zu identifizieren, die unterschiedliche Expressionsmuster in den Menschen. Die Wissenschaftler entdeckten auch, dass eine überraschend große Anzahl von RNA-Gene bei der Kontrolle der Entwicklung der Organe. Also, diese Art von Gentherapie, die bisher schwer zu charakterisieren, spielt eine wichtige Rolle in der säugetier-Entwicklung, betont Prof. Käßmann.
In Ihrer groß angelegten Studien, die ZMBH-Wissenschaftler identifizierten eine übergeordnete Muster in der Abfolge der genetischen Programme. Während Sie sich immer noch sehr ähnlich wie in den frühen, d.h. der pränatalen phase von Entwicklung von Organen, zwischen all den Säugetieren studiert, Sie wichen mehr und mehr wie die Zeit Fortgeschritten ist. „Die Eigenschaften der Organe, die Charakterisierung einer Spezies stammen nicht erst später während der Entwicklung“, erklärt Prof. Käßmann. „Mit modernen molekularen Methoden konnten wir zum ersten mal, um zu bestätigen, eine bahnbrechende Hypothese in der Biologie aus dem 19. Jahrhundert.“ Die baltischen deutschen Naturforscher Karl Ernst von Baer (1792 bis 1876) entdeckte, dass die Embryonen der verschiedenen Arten von Säugetieren wurden immer schwieriger zu unterscheiden, je jünger Sie waren.