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Wie Schlüsselgene körperliche Positions-Identitäten festlegen

17.05.2000 - (idw) Universität Bayreuth

Forscher vom Max Planck Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen und Genetiker der Universität Bayreuth fanden an der Fruchtfliege heraus, dass im Kopfbereich die im Rumpf herrschende Gen-Hierarchie durchbrochen werden kann, ja sogar durchbrochen werden muss, um die Identität eines Kopfsegmentes festzulegen.

Bayreuther und Göttinger Forscher untersuchten homöotische Gene
SCHLÜSSELGENE BEI DER KOPFENTWICKLUNG DER FRUCHTFLIEGE:VOM SKLAVEN ZUM DESPOTEN
Erforschter Mechanismus gilt allerdings nur in einem einzigen Kopfsegment

Bayreuth (UBT). Wie wird aus einer unstrukturierten Eizelle ein komplexer Organismus? Dies ist die zentrale Fragestellung der Entwicklungsbiologie. Schlüsselgene bei der Steuerung der Entwicklung sind die sogenannten homöotischen Gene. Sie wirken, indem sie positionale Identitäten im Organismus festlegen. Homöotische Gene bestimmen, was aus einem Körpersegment gemacht werden soll. Bei der Fliege beispielsweise bestimmen sie, ob aus einem Segment ein Brustsegment mit Flügeln, ein Brustsegment mit Schwingkölbchen oder ein Hinterleibssegment entsteht.

Homöotische Gene liegen in Form eines Genkomplexes im Erbgut aller Tiere vor. Die Abfolge der homöotischen Gene im Genkomplex bestimmt ihr Aktivitätsmuster, so dass in jedem Segment unterschiedliche Kombinationen von homöotische Genen aktiv sind. Welches Gen das Sagen hat und die Identität des entsprechenden Segmentes festlegt ist dabei streng hierarchisch geregelt: schwanzwärts angeschaltete Gene besitzen dabei die Vorherrschaft gegenüber weiter kopfwärts angeschalteten Genen.

Forscher vom Max Planck Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen und Genetiker der Universität Bayreuth fanden an der Fruchtfliege heraus, dass im Kopfbereich die im Rumpf herrschende Gen-Hierarchie durchbrochen werden kann, ja sogar durchbrochen werden muss, um die Identität eines Kopfsegmentes festzulegen. Das im Kopf aktive homöotische Gen "empty spiracles" wird von sämtlichen homöotischen Genen am weitesten vorne im Organismus angeschaltet und daher durch alle anderen homöotischen Gene unterdrückt. Wenn das "empty spiracles"-Genprodukt allerdings den passenden Gehilfen besitzt, kann der Unterdrückte zum Unterdrücker werden und die Aktivität aller anderen homöotischen Gene niederzwingen. Der Gehilfe von "empty spiracles" ist das in einer Kopfregion vorliegende "buttonhead"-Genprodukt. Wechselwirkt das "buttonhead"-Genprodukt mit dem "empty spiracles"-Genprodukt, werden die Fesseln von "empty spiracles" gelöst und der Sklave wird zum Despoten, wie die Forscher in der neuesten Ausgabe von Nature (18. Mai 2000) berichten.

Dieser Mechanismus erklärt aber nur die Spezifizierung eines einzelnen Kopfsegmentes. Weiterhin ungelöst bleibt die Frage, wie andere Kopfsegmente ihre Identität erfahren. Denn in den vordersten Kopfsegmenten wurde bisher keine homöotischen Genaktivitäten gefunden. Ob hier ein komplett anderer Mechanismus vorliegt bleibt zu klären. (jr)

Weitere Informationen bei

Joachim Reischl
am Lehrstuhl Genetik
der Ubiversität Bayreuth
Tel. 0921/55-2707
joachim.reischl@uni-bayreuth.de
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