Entschlüsselung von molekularen Mechanismen, die der Lamarckschen Theorie der generationenübergreifenden Vererbung erworbener Eigenschaften zu Grunde liegen

• Antragstellerin: Dr. Merly Vogt, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280315489

Ein zentraler Aspekt der Evolutionstheorie von Jean Baptiste de Lamarck war seine Hypothese, dass Organismen Eigenschaften an ihre Nachkommen vererben können, die sie während ihres Lebens erworben haben. Die daraus resultierende Annahme, dass durch bestimmte Widerfahrnisse verursachte somatische Modifikationen generationenübergreifend vererbt werden können, und somit aktiv zu der Artenvielfalt beitragen, galt über einen langen Zeitraum als unmöglich. Allerdings haben jüngste Erkenntnisse der generationenübergreifenden Vererbung von epigenetischen Merkmalen Lamarcks Theorie als ein potentiell valides evolutionäres Phänomen wiederbelebt. Eine kürzlich veröffentlichte Studie des Hobert Labors konnte als erste zeigen, dass ein natürlich vorkommendes Ereignis (Nahrungsmangel) im Leben des Nematoden C.elegans zu einer generationenübergreifenden Veränderung der Genexpression, sowie zu einer Verlängerung der Lebensdauer führt. Diese Adaptionen waren mit Veränderungen einer bestimmten Unterklasse von small RNAs, den sogenannten endo-siRNAs assoziiert. Trotz dieser neuen Erkenntnisse ist bis heute unklar, wie spezielle Widerfahrnisse bestimmte physiologische und molekulare Veränderungen hervorrufen können, welche Zelltypen für diese verantwortlich sind und wie potentielle Adaptionen über mehrere Generationen beibehalten werden und effektiv wirken können. Das hier vorgeschlagene Forschungsprojekt wird mittels technisch und konzeptionell innovativer Vorgehensweise die physiologischen und mechanistischen Grundlagen der generationenübergreifenden Vererbung erworbener Eigenschaften in C.elegans untersuchen. In Forschungsziel 1 werde ich zunächst Würmer verschieden starken Umweltstressoren aussetzen und daraufhin eine Reihe komplexer Verhaltenstests mit den F3 Nachkommen durchführen. Da ein den äußeren Einflüssen entsprechend angepasstes Verhalten durch das zentrale Nervensystem (ZNS) reguliert wird, werde ich zudem analysieren, welche Rolle neuronale small RNAs in der Generierung dieser physiologischen Adaptionen spielen, indem ich Dicer spezifisch im ZNS der parentalen Generation ausschalte. Mit Hilfe der gleichen Stressparadigmen und ZNS-spezifischen Dicer knockouts, plane ich in Forschungsziel 2, Neuronen-spezifische und small RNA-abhängige generationenübergreifende Veränderungen in der Genexpression zu identifizieren. In Forschungsziel 3 werde ich Mutagenese screens anwenden, um neue Signale zu identifizieren, die entweder an der Initiierung der ursprünglichen Stressantwort in der parentalen Generation beteiligt oder für die generationenübergreifende Aufrechterhaltung der stressbedingten molekularen Adaptionen essentiell sind. Ultimativ wird dieses Forschungsprojekt helfen zu verstehen, ob ein angepasstes Verhalten tatsächlich zu Artenvielfalt und Krankheitsprädispositionen beitragen kann und verspricht somit unser heutiges Verständnis der generationsübergreifenden Vererbung erworbener Eigenschaften erheblich zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Oliver Hobert