Evolution vom Einzeller zum Vielzeller

Genomanalysen an Tyrosinkinasen lieferten neue Erkenntnisse zur evolutionären Entwicklung von Einzellern zu komplexen Vielzellern wie Pflanzen und Tieren.

Gesundheit

Arbeitsteilung, so lautet der Geniestreich der Evolution, damit sich aus Einzellern Organismen mit höherer Komplexität entwickeln konnten. Ein einzelliger Organismus bündelt alle Funktionen in einer einzigen Zelle. Auf der komplexeren vielzelligen Ebene wie dem menschlichen Körper hingegen, der aus mehr als 100 Milliarden Zellen besteht, sind die Aufgaben an verschiedene, spezialisierte Zellen verteilt. Hierfür müssen Zellen und Signalmoleküle (wie Tyrosinkinasen, TK) miteinander kommunizieren, damit sich in den Zielzellen die gewünschten Veränderungen vollziehen. Ein genetischer Vergleich vielzelliger Organismen, so genannter Metazoen, mit archaischen Einzellern soll nun Licht ins Dunkel dieser evolutionären Strategie bringen. Das Projekt MMEMA (Molecular mechanisms for the evolution of multicellularity in animals) untersuchte Genfamilien, die Funktionen in Vielzellern steuern. Das Ergebnis ist ein Vergleich relevanter Genfunktionen vor und nach der Entstehung der Vielzelligkeit. Die zwei einzelligen Organismen bzw. Protisten Sphaeroforma arctica (S. arctica) und Capsaspora owczarzaki (C. owczarzki), die Gegenstand der Forschungen waren, sind eng verwandt mit heutigen Metazoen. Der Ansatz beruhte auf der Analyse genomischer Unterschiede zwischen koloniebildenden und einzelligen Formen dieser Protisten, um Gene aufzufinden, die die Koloniebildung steuern. In einer Kolonie unterscheiden sich die Zellen mitunter in ihrer Aktivität und weisen einen leichten Differenzierungsgrad auf, zudem wurden innerhalb einer Kolonie spezialisierte Reproduktionszellen nachgewiesen. MMEMA analysierte das gesamte Genom von C. owczarzki und isolierte mehr als 100 Tyrosinkinasen. Ein Vergleich mit bereits sequenzierten Genomen aus anderen Studien ergab, dass zytoplasmische TK lange vor der Entstehung der Vielzelligkeit existierten. Rezeptor-TK, die eine wichtige Rolle bei der Zelldifferenzierung und Migration spielen, entwickelten sich jedoch unabhängig voneinander in allen vielzelligen Organismen. Den Forschern gelang es zudem, die Transformation von C. fragrantissima - einem nahen Verwandten von C. owczarzki - zu filmen und hierfür DNA-Konstrukte einzusetzen. Mittels Zeitraffer-Fotografie wurden synchronisierte Zellkernteilungen im so genannten Synzytium dargestellt. Dieses fungiert als unabhängiger koordinierter Zellverbund, dessen Zellen strukturell und funktionell miteinander verbunden sind. Auf Basis der Ergebnisse von MMEMA können nun weitere genetische Faktoren als Triebkraft der Evolution erforscht werden. Die Funktion dieser entscheidenden Gene kann Aufschluss über Zelldifferenzierungsprozesse und Fehlfunktionen als Auslöser von Krankheiten wie z.B. Krebs liefern.

Molecular mechanisms for the evolution of multicellularity in animals

Evolution vom Einzeller zum Vielzeller

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