"Junk" -RNA Spielt Möglicherweise Eine Rolle Bei Der Evolution Von Wirbeltieren
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Anonim

Laut einer neuen Studie haben sich winzige RNA-Schnipsel gemeinsam mit Wirbeltieren entwickelt, was wahrscheinlich für die Komplexität der neuen Organismen verantwortlich ist.

Genetisches Material, das einst als bloßer "Müll" abgetan wurde, könnte laut einer neuen Studie tatsächlich für die Entwicklung einfacher Wirbelloser zu komplexeren Organismen mit Rückgrat verantwortlich sein.

Winzige Ausschnitte des Genoms, bekannt als microRNA, wurden lange Zeit als genomischer Abfall angesehen, da sie aus sogenannter "Junk-DNA" transkribiert wurden, Abschnitten des Genoms, die keine Informationen enthalten, um Proteine ​​für verschiedene zelluläre Funktionen verantwortlich zu machen. Seit 1993 gibt es jedoch Hinweise darauf, dass microRNA alles andere als genetischer Trottel ist. Im Gegenteil, Wissenschaftler sagen, dass es tatsächlich eine entscheidende Rolle beim Ein- und Ausschalten von Protein-kodierenden Genen und beim Regulieren der von diesen Genen produzierten Proteinmenge spielt.

Forscher vom Dartmouth College in Hannover, New Hampshire, und der Universität Bristol in England berichten nun in Proceedings der National Academy of Sciences USA, dass diese winzigen genetischen Segmente für die Evolution von Tieren mit Rückgrat verantwortlich sein könnten, und stellen fest, dass sie ein Überangebot gefunden haben von microRNA in den Genomen der frühesten Wirbeltiere wie Neunaugen (kieferlose Fische) im Vergleich zu Wirbellosen wie Seespritzern.

"Es gibt diesen dramatischen Anstieg von microRNAs, die im Genom von Wirbeltieren fixiert waren und selten sekundär verloren gingen", sagt Studienkoautor Kevin Peterson, Associate Professor für Biowissenschaften in Dartmouth. "Wenn ein Mensch eine microRNA hat, die auch in Zebrafischen vorkommt, finden wir sie [normalerweise] in Neunauge, aber in keinem Wirbellosen", was bedeutet, dass dieses Stück genetischen Materials nur bei Wirbeltieren vorkommt.

Laut Peterson glaubten Wissenschaftler zuvor, dass der Komplexitätssprung von Wirbellosen zu Wirbeltieren auf Ereignisse der Genomduplikation zurückzuführen ist, bei denen große Mengen neuen genetischen Materials (durch einen unbekannten Mechanismus) hergestellt wurden, die zufällig mutierten und sich schließlich zu neuen Arten entwickelten. Im Jahr 2005 glaubten einige Forscher, überzeugende Beweise dafür gefunden zu haben, dass zwei dieser sogenannten Duplikationsereignisse stattgefunden hatten, als sie die Genome von Wirbeltieren mit denen von Seespritzern und zwischen Wirbeltierlinien verglichen hatten: Knochenfische (Lungenfische und Atlantischer Blauer Marlin) und Haie.

Das 2003 abgeschlossene Humangenomprojekt hat jedoch Löcher in ihre Theorie geschlagen. Der Grund: Wenn zwei Duplikationsereignisse aufgetreten wären, würden Wissenschaftler erwarten, dass die resultierenden Wirbeltiere viermal so viele Gene haben wie ihre rückgratlosen Vorgänger. Das Genomprojekt hat unter anderem gezeigt, dass Menschen zwischen 20.000 und 25.000 Gene haben, was weniger als dem Zweifachen der Zahl entspricht, die bloße Fruchtfliegen tragen.

"Angesichts der Tatsache, dass die meisten Gene [aus den Genomduplikationsereignissen] verloren gegangen sind", sagt Peterson, "dachten wir, es sei vielleicht ein roter Hering, wenn wir über den Ursprung der Komplexität von Wirbeltieren nachdenken." Also konzentrierten sich Peterson und seine Kollegen stattdessen auf microRNA.

Beginnend mit Säugetieren wie Menschen und Mäusen arbeitete das Team rückwärts durch Zeitscannen von Genomen nach microRNA, die durch ihre charakteristische Haarnadelform und Länge von 21 bis 23 Nucleotiden (Struktureinheiten) identifiziert wurde. Die Forscher verglichen die Genome von Haien, Neunauge und Seespritzern und fanden in Neunaugen viel mehr microRNA als in Seespritzern. (Haie sind natürlich komplexer als Neunaugen und hatten dadurch auch mehr microRNA als die niedrigen Spritzer.) Interessanter ist, dass diese Expansion der microRNA vom Seespritzen zum Neunauge vor den Genom-Duplikationsereignissen liegt, von denen angenommen wurde, dass sie erzeugt wurden Wirbeltiere.

Die Wissenschaftler fanden auch heraus, dass sich der Großteil der neuen microRNA auf Gene konzentrierte, die für die Entwicklung von Organen verantwortlich sind, die für Wirbeltiere einzigartig sind, wie Leber, Bauchspeicheldrüse und Gehirn, sagt Co-Autor Philip Donoghue, Dozent am Department of Earth Sciences der Universität Bristol. "Daher", fügt er hinzu, "ist der Ursprung der Wirbeltiere und der Ursprung dieser Gene kein Zufall."

Peter Stadler, Professor für Bioinformatik an der Universität Leipzig in Deutschland, hält es für plausibel, dass microRNAs aufgrund ihrer bekannten Rolle bei der Genregulation für die komplexen Veränderungen zwischen Wirbellosen und Wirbeltieren verantwortlich sein könnten. Er ist sich jedoch nicht sicher, ob sie alleine gehandelt haben. "Ich würde mich nur ungern ausschließlich auf Genphylogenien einer kleinen Anzahl von microRNAs stützen, da es noch keine endgültigen Informationen über den relativen Zeitpunkt der Spaltung des Neunauge-Gnathostoms [Wirbeltiere mit Kiefer] und der beiden Runden des wirbeltierspezifischen Genoms gibt Duplikate ", sagt er. "Da mehr Genome für Basalchordaten [Proto-Wirbeltiere wie der Seespritzer] verfügbar werden, wird es sehr interessant sein, das Zusammenspiel von Genomduplikationen, Proteininnovationen und Umstrukturierungen des microRNA-Inventars detailliert zu untersuchen."

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