Unterwegs auf den molekularen Wegen der Zelldifferenzierung
Das Projekt REGULATING FLIES (Physical principles of molecular signal integration in early fly development) befasste sich mit der fundamentalen Frage, wie molekulare Pfade zur Zelldifferenzierung gesteuert werden. Die Beteiligten entwickelten ein Verfahren zur Untersuchung der Dynamik der Transkription in den frühen Entwicklungsstadien im Modellorganismus Fruchtfliege. Bei der Fruchtfliegenentwicklung schalten die Proteine auf sequentielle Weise Gene ein, deren Expression den Entwurf für die Körpersegmente des Insekts anlegt. Die Gene kodieren Proteine, die spezielle Funktionen übernehmen. Die Herausforderung dabei bestand darin nachzuvollziehen, auf welche Weise die Gene am richtigen Ort zur richtigen Zeit während der Entwicklung eingeschaltet werden, um einen funktionierenden Erwachsenenorganismus zu erzeugen. Vorhergehende Studien haben gezeigt, dass nicht alle möglichen molekularen Pfade in der Natur Realität sind. Daher könnten bestimmte molekulare Lösungen besser für besondere Funktionen wie Rauschminderung, Informationsverarbeitung oder phänotypische Variation innerhalb einer Population geeignet sein. Hypothesen dieser Art wurden im Rahmen von REGULATING FLIES überprüft, wo man einen genetischen Werkzeugkasten entwickelte, der die Durchführung detaillierter Messungen an Fliegenembryonen ermöglichte. Die Forscher analysierten Daten aus dem Fruchtfliegen-Transkriptionsprozess. Nach einer anfänglichen inaktiven Phase nach Zellteilung (Mitose) tritt die Transkription am Hunchback-Locus in Häufungen mit klaren Zuständen reduzierter und erhöhter Aktivität auf. Die Wissenschaftler identifizierten außerdem schwache Speichersignaturen des Transkriptionszustands zwischen darauffolgenden Zellzyklen. Mit Hilfe eines sehr verrauschten Systems der Fliegenentwicklung ermittelte das Team erstmals starke Transkriptionspeicher in der Entwicklung. Zudem untersuchten die Forscher die Rolle von Homeodomänenproteinen bei der Bindung von Transkriptionsfaktorproteinen wie etwa Bicoid an regulatorischen Orten entlang der DNA. Bicoid gibt an, welches Ende des Eies zum Insektenkopf werden wird. REGULATING FLIES führte die experimentelle Validierung molekularer Netzwerke bei Fruchtfliegen durch. Genetiker und Biophysiker arbeiteten zusammen an der Entschlüsselung der koordinierte räumlich-zeitlichen Expression von Genen bei der Entwicklung sowie der quantitativen Beschreibung von deren Wechselwirkungen. Diese Informationen werden im Endeffekt dazu eingesetzt werden, um die globalen physikalischen Prinzipien zu ermitteln, welche den komplexen Interaktionen zugrundeliegen.
Schlüsselbegriffe
Differenzierung, REGULATING FLIES, Transkription, hunchback, Homeodomänenprotein
