Vom Unterdrückten zum Unterdrücker

News: Vom Unterdrückten zum Unterdrücker

In jahrelanger harter und Nobelpreis-gekrönter Arbeit ermittelten Wissenschaftler, welche Schlüsselgene für die Entwicklung einer einfachen Eizelle zu einer fertigen Taufliege verantwortlich sind. Die beteiligten Gene weisen dabei eine ganz strenge Hierarchie auf. Die muss aber offenbar nicht im gesamten Organismus so strikt eingehalten werden, wie bisher angenommen. Neueste Studien zeigen, dass die im Rumpf herrschende Gen-Hierarchie im Kopfbereich durchbrochen werden kann, ja sogar durchbrochen werden muss, um die Identität eines bestimmten Segmentes festzulegen. Der erforschte Mechanismus gilt allerdings nur in diesem einzelnen Kopfsegment.

Wie wird aus einer unstrukturierten Eizelle ein komplexer Organismus? Dies ist die zentrale Fragestellung der Entwicklungsbiologie. Schlüsselgene bei der Steuerung der Entwicklung sind die so genannten homöotischen Gene. Sie wirken, indem sie positionale Identitäten im Organismus festlegen. Homöotische Gene bestimmen, was aus einem Körpersegment gemacht werden soll. Bei der Entwicklung der Taufliege beispielsweise legen sie fest, 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 eine unterschiedliche Kombination von homöotischen Genen aktiv ist. 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 Taufliege 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 dieses Protein mit dem empty spiracles-Genprodukt, werden die Fesseln von empty spiracles gelöst und der Sklave wird zum Despoten, wie die Forscher in der Nature-Ausgabe von 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 von ihnen wurde bisher keine homöotischen Genaktivitäten gefunden. Ob hier ein komplett anderer Mechanismus vorliegt bleibt zu klären.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 28.4.2000
"Wie die Insekten ihre Beine verloren"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 15.1.1999
"Wie die Schlange ihre Beine verloren"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum der Wissenschaft 4/94, Seite 38
"Kontrollgene für den Körperbauplan"
(nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)