Molekularbiologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Gene, die Beschreibungen der Bausteine unserer Zellen, verändem sich im Laufe der Evolution. Noch wichtiger aber ist die Veränderung der Genregulation, die festlegt, wie diese Bausteine im Organismus eingesetzt werden: aus sehr ähnlichen Bausteinen kann man ein Einfamilienhaus oder einen Wolkenkratzer (bzw. einen Menschen oder eine Maus) bauen. Wie also verändert sich die Regulation von Genen in der Evolution? Dieses Thema sind wir aus verschiedenen Richtungen angegangen. Vergleiche zwischen Mensch-Schimpanse einerseits und Maus-Ratte andererseits zeigen, dass sich schädliche Mutationen in Mensch und Schimpanse leichter ausbreiten können und zu einem 'Zerfall' der Genregulation führen; im Gegensatz dazu waren Mäuse und Ratten besser in der Lage, ihre Genregulation auf dem einmal erreichten günstigen Stand zu halten. Die Ursache isl einfach: es gab in unserer Evolutionsgeschichte zu wenig Menschen (bzw. Schimpansen) um ungünstige Mutationen durch natürliche Auslese loswerden zu können. Diese Arbeit wurde in etlichen Printmedien sowie im Internet ausführlich diskutiert. Noch überraschender war unsere Entdeckung, wie langsam sich Genregulation neuen Umweltgegebenheiten anpasst: Gene, die von Bakterien neu aufgenommen werden (durch die Übertragung von anderen, nicht direkt verwandten Bakterien), brauchen viele Millionen Jahre, bis sie ,optimal' reguliert sind. Ein Grund hierfür ist die Komplexität des Regulationssystems: selbst in ,einfachen' Bakterien sind es nicht nur direkte Signale (Bindungsstellen für regulatorische Proteine), die sich verändern müssen; auch z.B. die genaue chemische Zusammensetzung des Gens spielt für die Genregulation eine Rolle. Deutlich komplizierter wird es bei Tieren und Pflanzen: hier falten sich ganze Bereiche von Chromosomen auf oder zusammen, und regulieren damit eine Vielzahl benachbarter Gene. Das führt dazu, dass benachbarte Gene häufig ähnlich stark abgelesen werden, auch wenn einige der Nachbarn in der gegebenen Situation gar nicht gebraucht würden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Co-expressed yeast genes cluster over a long range but are not regularly spaced. Journal of Molecular Biology 359: 825-831
M. J. Lercher & L. D. Hurst
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Evidence for widespread degradation of gene control regions in hominid genomes. PLoS Biology 3: e42 (2005)
P. Keightley, M. J. Lercher & A. Eyre-Walker
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Similar gene expression profiles do not imply similar tissue functions. Trends in Generics 22: 132-138 (2006)
I. Yanai, J. Korbel, S. Boue, S. K. McWeeney, P. Bork & M. J. Lercher
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Understanding the degradation of hominid gene control. PLoS Computational Biology 2: e19 (2006)
P. Keightley, M. J. Lercher & A. Eyre-Walker
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X-chromosome-wide profiling of MSL-1 distribution & dosage compensation in Drosophila. Genes ct Development 20: 871-883 (2006)
G. Legube, S. K. McWeeney, M. J. Lercher & A. Akhtar
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Integration of horizontally transferred genes into regulatory interaction networks takes many million years. Molecular Biology & Evolution 25:559-67 (2008)
M. J. Lercher & C. Pal
