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MicroRNA: ein Blick in die Vergangenheit

Der letzte gemeinsame Vorfahre von Menschen und Würmern, die vor ungefähr 600 Millionen Jahren die Ozeane bevölkerten, könnte bereits ein hochentwickeltes Gehirn gehabt haben, das Hormone in das Blut abgab und mit verschiedenen Sinnesorganen verbunden war. Diese Aussage basiert nicht auf einem neu entdeckten Fossil sondern auf einer Studie mit mikroRNAs, kleinen RNA-Molekülen, die die Genexpression regulieren, und die sich auch in heute lebenden Tieren finden. Wissenschaftler am Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL) in Heidelberg fanden heraus, dass diese Moleküle in verschiedenen Tierarten in exakt denselben Geweben vorkommen, seien dies nun Seeanemonen, Würmer oder Menschen. Dies deutet auf einen frühen evolutionären Ursprung dieser Gewebe in Tieren hin. Die Erkenntnisse der Wissenschafler, die heute in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurden, eröffnen zudem neue Wege zum Studium der heutigen Funktionen spezifischer mikroRNAs.

Larve von Platynereis dumerilii. Gesamtansicht © Udo Ringeisen, EMBL Heidelberg

Tiere aus unterschiedlichen evolutionären Entwicklungslinien besitzen spezifische mikroRNAs, die sich nur in ihrer jeweiligen Linie im Laufe der Evolution entwickelten. Aber sie besitzen auch mikroRNAs, die verschiedenen Linien gemeinsam sind, nämlich solche, die sie von ihrem letzten gemeinsamen Vorfahren übernommen haben und die in der Entwicklungsgeschichte dieser Linien erhalten blieben.

Die EMBL-Wissenschaftler führten ihre Untersuchungen am Meeresringelwurm Platynereis dumerilii durch, von dem man annimmt, dass er sich in den letzten 600 Millionen Jahren kaum verändert hat. Zunächst machten die Wissenschaftler die Stellen, an denen die konservierten mikroRNAs exprimiert werden, sichtbar. Sie verglichen dann Platynereis mit anderen Tieren und fanden heraus, dass die Platynereis mikroRNAs sehr spezifisch für bestimmte Gewebe und Zelltypen sind. Sie entdeckten zudem, dass diese Gewebespezifität über hunderte von Millionen Jahren bis heute erhalten blieb.

Die Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass wenn konservierte mikroRNA in einem speziellen Teil des Gehirns in einer Art und in einer sehr ähnlichen Stelle im Gehirn anderer Arten vorkommt, dieser Gehirnteil bereits im letzten gemeinsamen Vorfahren vorhanden gewesen sein dürfte. So konnten sie Einblicke in die Vergangenheit gewinnen und erhielten außerdem Anhaltspunkte über die Merkmale des letzten gemeinsamen Vorfahren von Würmern und Menschen.

„Bei der Betrachtung der Körperteile, in denen sich unterschiedliche mikroRNAs entwickelten, können wir uns auch ein Bild über diejenigen Vorfahren machen, von denen uns keine fossilen Funde vorliegen. Wir können auch solche Merkmale erschließen, über die uns Fossile keine Antwort geben können,“ sagt Detlev Arendt, der die Studie leitete. „Aber herauszufinden, wo diese konservierten mikroRNAs in Tieren unterschiedlicher evolutionärer Linien exprimiert werden, ist nach wie vor eine große Herausforderung.“

„Wir fanden heraus, dass Anneliden wie Platynereis und Vertebraten wie wir Menschen einige mikroRNAs gemeinsam haben, die spezifisch für solche Teile des zentralen Nervensystems sind, die Hormone in das Blut abgeben, und andere, die nur in anderen Teilen des zentralen oder peripheren Nervensystems vorkommen, oder im Darm oder der Muskulatur,“ erklärt Foteini Christodoulou, der den größten Teil der experimentellen Arbeiten durchgeführt hat. „Das bedeutet, dass unser letzter gemeinsamer Vorfahre bereits alle diese Strukturen besaß.“

Die Kenntnis darüber, wo mikroRNAs in unseren Vorfahren exprimiert wurden, kann den Wissenschaftlern zudem helfen, ein Verständnis über die Rolle spezifischer moderner mikroRNA-Moleküle zu gewinnen, da ihnen diese Kenntnis Hinweise darauf geben kann, welche Gewebe speziell untersucht werden sollten.

“Wenn sich zum Beispiel eine bestimmte mikroRNA im Darmgewebe entwickelt hat, dann müsste sie dort mit großer Wahrscheinlichkeit auch heute noch eine Funktion ausüben,“ erklärt der EMBL-Wissenschaftler Peer Bork, der ebenfalls an der Studie beteiligt war. Als nächstes wollen Arendt und seine Kollegen die genauen Funktionen jeder dieser konservierten mikroRNAs untersuchen, so z.B. welche Gene sie regulierten, und in welche Prozesse diese Gene eingebunden waren. Dies soll dazu beitragen herauszufinden, welche Rolle diese mikroRNAs in der Vergangenheit gespielt haben könnten.

Originalpublikation

Christodoulou, F., Raible, F., Tomer, R., Simakov, O., Trachana, K., Klaus, S., Snyman, H., Hannon, G.J., Bork, P. & Arendt, D. Ancient animal microRNAs and the evolution of tissue identity. Nature, Vorab-Online-Publikation, 31. Januar 2010.

Seiten-Adresse: https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/fachbeitrag/pm/microrna-ein-blick-in-die-vergangenheit