Wien. Wiener Forscher haben einen bisher unbekannten Mechanismus entdeckt, der Eigenschaften von Zellen bestimmt. Er beruht auf einer Gruppe von Genen, die die Funktion und Gestalt von Zellen bestimmten. Diese Micro-RNAs verhindern, dass andere Gene sich ausprägen. Sie könnten ein Schlüssel sein, um die Entwicklung komplexer Tiere und Pflanzen zu verstehen, berichten die Forscher im Fachjournal "Genes & Development".

"Unser Ausgangspunkt war eine Beobachtung beim Fadenwurm C. elegans", erklärt Luisa Cochella vom Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie (IMP) im Vienna Biocenter. "Wir bemerkten, dass ein Gen namens mir-791 nur in ganz bestimmten Nervenzellen aktiv ist, und zwar in jenen, die benötigt werden, um Kohlendioxid zu riechen."

Der winzige Fadenwurm ist ein Modellsystem für Biologen, weil seine Anatomie und Körperfunktionen sehr genau beschrieben sind und leicht unter dem Mikroskop beobachtet werden können. "Riechen" die Fadenwürmer in ihrer Umgebung Kohlendioxid, das für sie gefährlich ist, versuchen sie, mit reflexhaften Bewegungen auszuweichen.

Wenn die molekularen Vorgänge der Sinnesreizung durch mir-791 in den Nervenzellen jedoch defekt sind, spiegelt sich das in einem Verhaltensdefekt wider, der gemessen werden kann. Würmer, denen mir-791 entfernt wurde, nahmen das Kohlendioxid nicht mehr richtig wahr.

Haushaltsgene

In normalen Würmern verhindert mir-791 die Expression von zwei Genen, die in praktisch allen Zellen des Wurms aktiv sind - solche Gene werden auch Haushaltsgene genannt. Wahrscheinlich aber stören diese Gene die Mechanismen der Sinnesreizung durch Kohlendioxid. Sie werden in den entsprechenden sensorischen Zellen also unterdrückt, um deren Funktion zu erlauben. Wie die Eigenschaften von Zellen im Laufe ihrer Entwicklung festgelegt werden, ist keine triviale Frage - entsprechende Mechanismen sind dafür verantwortlich, wie Zelllinien unterschiedliche Zelltypen hervorbringen und letztlich Organismen bilden.

Laut den IMP-Forschern zeigt die Studie, dass nicht nur die Aktivierung bestimmter Gene Eigenschaften bestimmen kann, sondern auch die gezielte Unterdrückung von Haushaltsgenen, die in praktisch allen Zellen vorkommen. Wie dies passiert, war bisher rätselhaft.

Spannend sind die Ergebnisse nicht nur für Entwicklungsbiologen. Auch für die Evolution von Arten könnte der Mechanismus wichtig sein: Micro-RNAs verändern sich nämlich schneller als die größeren, Protein-codierenden Gene. Möglicherweise sind sie essenziell, um Arten die rasche Anpassung an veränderte Umweltbedingungen zu ermöglichen.