Genetische und molekulare Determinanten der Verwandtschaftserkennung in Nematoden

• Antragsteller: Dr. James Lightfoot, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere ; Biologie des Verhaltens und der Sinne ; Kognitive, systemische und Verhaltensneurobiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 495445600

Die Fähigkeit, sich selbst und seine Verwandten von fremden Organismen zu unterscheiden, ist in der gesamten Natur verbreitet und steht mit einem breiten Spektrum an biologischen Prozessen in Zusammenhang. Während Verhaltensweisen, die mit der Identifizierung von Selbst und Verwandten verbunden sind, alltäglich sind, ist das Verständnis der zugrundliegenden Mechanismen eine Herausforderung, denn es stehen für viele dieser Prozesse keine genetischen, molekularen und neurobiologischen Techniken zur Verfügung. Für Fadenwürmer (Nematoden) gelten diese Einschränkungen nicht und sie werden daher als eine der wichtigsten Tierfamilien für die Erforschung des Verhaltens verwendet. Das kürzlich entdeckte Selbsterkennungsverhalten des freilebenden Fadenwurms Pristionchus pacificus bietet ein ideales System, um die beteiligten Mechanismen im Detail aufzuklären. P. pacificus sind allesfressende Nematoden, die ihre bakterielle Nahrung durch das Fressen von Larven anderer Würmer ergänzen können. Sie zeigen kannibalistische Verhaltensweisen gegenüber Artgenossen, aber nicht gegenüber ihren Verwandten. Dieses Erkennen von Verwandten ist abhängig von dem Peptid SELF-1, welches eine hypervariable Region enthält. Doch auch wenn SELF-1 eine wichtige Komponente des Signals zur Selbst- und Verwandtenerkennung ist, zeigen neuere Experimente, dass es nicht der einzige beteiligte Faktor ist. Wir beabsichtigen, die übrigen Signalkomponenten zu identifizieren und damit zu beginnen, den Mechanismus der Verwandtenerkennung bei Nematoden konkreter zu verstehen. Es gelang uns bereits, einen zusätzlichen Faktor zu identifizieren, der durch das direkt benachbarte Gen von self-1 kodiert wird: self-2. Dieses beinhaltet eine Transmembrandomäne und ist Teil eines Operons, das aus zwei Genen besteht. Wir planen diese beiden neuen Gene zu untersuchen, indem wir via CRISPR/Cas9 neue Mutationen in spezifische Domänen einbringen und Transgene erzeugen, um ihre Funktion und Expression zu untersuchen. Wir werden auch RNA-seq-Daten auswerten, um etwaige variable Regionen dieser Proteine zu identifizieren. Da für die Entscheidung, ob es sich um Beute oder Verwandtschaft handelt, ein direkter Kontakt erforderlich ist, erscheint die Oberfläche der Haut als eine vermutliche subzelluläre Lokalisation des Signals für die Verwandtschaftserkennung der Würmer. Da Nematoden jedoch in ihrer Entwicklung mehrere Häutungen durchlaufen, muss diese Oberfläche ständig erneuert werden. Daher werden wir aktuellste Methoden der analytische Massenspektrometrie nutzen, um die Zusammensetzung der Hautoberfläche zu bestimmen, einen möglichen Einfluss der Self-Mutanten auf diese zu ermitteln. Darüber hinaus werden wir untersuchen, wie diese Erkennungssignale in der Haut erneuert werden, indem wir mit Hilfe von genetischen Studien Mutanten mit defekter self-1-Expression isolieren. Mit diesem vielschichtigen Ansatz wollen wir grundlegende Aspekte der Unterscheidung von Verwandten von fremden Organismen aufklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen