Name: Sophia M. Neff, 2019-12
Entwicklungssteuerung durch Gene
Die Entwicklungssteuerung, also das Kontrollieren der Entwicklung, durch Gene, kann man leicht am Beispiel von Drosophila melanogaster, einer Fruchfliegenart, erklären.
Christiane Nüsslein-Volhard und Eric Wieschaus entdeckten in Tübingen, dass ein veränderter Phänotyp wahrscheinlich auf eine gestörte Funktion der Entwicklungskontrollgene zurückzuführen ist. Es gibt zwei Arten von Entwicklungskontrollgenen, maternale (von Müttern vererbte) und zygotische (Gene der befruchteten Eizelle) Entwicklungskontrollgene, wobei zygotische Entwicklungskontrollgene direkt von maternalen Entwicklungskontrollgenen gesteuert werden.
Man kann die Entwicklungssteuerung in drei hierarchische Stufen unterteilen.
In der ersten Stufe werden Vorder- und Hinterpol der unbefruchteten Eizelle durch das maternale bicoid-Gen bestimmt. Dieses Polaritätsgen wird in den Eierstöcken transkribiert. Da die Translation der bicoid-mRNA im Vorderpol stattfindet, ist dort die Konzentration an Bicoid-Proteinen höher, als im Hinterpol. Die Bicoid-Proteine kontrollieren die zygotischen Entwicklungsproteine. Bei einer Mutation des bicoid-Gens kann ein kopf- und brustloser Embryo entstehen.
In der nächsten Stufe wird der Embryo in Segmente (also Teile) gegliedert. Diese Gliederung übernehmen zygotische Gap-Gene entlang der Körperlängsachse. Wenn eine Mutation des Gap-Gens vorliegt, können Segmente entfallen wie z.B. Kopf und Brust.
Die Produkte der Gap-Proteine aktivieren wiederum Paarregel-Gene, die den Zellen ihre zukünftige Funktion in einem Körperteil zuordnet bzw. die Zelle wird differenziert. Wenn eine Mutation vorliegt, fällt jedes 2. Segment aus.
Daraufhin werden die Segmentspolaritätgene aktiviert, welche die endgültigen Segmentsgrenzen festlegen. Wenn allerdings eine Mutation dieser Gene vorliegt, werden gewisse Segmente nicht richtig gebildet. So können bei Drosophila melanogaster zum Beispiel bei einer Mutation dieser Gene keine Flügel gebildet werden.
In der letzten Stufe unterteilen homöotische Gene in Kopf-, Thorax-, und Hinterleibssegmente. So fand Walter Gehring 1984 die Homöobox, die aus einer 180bp langen Basensequenz besteht. Die Hoimöobox codiert ein 60 Aminosäuren langes Protein. Diese codierte Homöodomäne kontrolliert die Transkriptionsfaktoren anderer Gene, weshalb es als universelles Steuerelement bezeichnen kann. Bei Wirbeltieren werden diese Basensequenzen als Hox-Gene bezeichnet (bei Insekten Hom-Gene). Sie liegen bei Wirbeltieren auf 4 Chromosomen.
Man unterscheidet zwischen Antennapedia-Komplexen, welche die Bildung der Körperzellen von Kopf und Thorax steuern, und Bithorax-Komplexen, welche die Bildung der Körperzellen von den Körperanhängseln und dem Hinterleib-Abdominal steuern. Liegt allerdings eine Mutation dieser homöotischen Gene vor, werden bereits vorhandene Körperteile gebildet, sodass drosophila melanogaster mit zusätzlichen Körperteilen gebildet werden.