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liegende DNA-Sequenzen, so genannte Enhancer (Trans-
kriptionsverstärker). Die Forscher vermuten, dass die
raumzeitlich koordinierte Zelldifferenzierung während der
Entwicklung eines Tiers wesentlich auf einer derartigen
»Fernsteuerung« beruht. Allerdings lassen sich solche
Transkriptionsverstärker nicht leicht aufspüren, weil sie oft
in komplizierte regulatorische Netzwerke eingebettet sind.
Die Frage war darum, ob sie nicht doch bereits eher in
der Evolution vorkamen.
Die Gruppe um Sebé-Pedrós wollte daher wissen, welche
Formen der Regulation von Genaktivität dem Auftritt mehr-
zelliger Tiere tatsächlich Vorschub geleistet hatten. Capsa­
spora bot sich für solche Studien aus meh reren Gründen an:
Der Organismus lässt sich im Labor leicht züchten; er kann
zwischen dem Leben als Einzeller und dem als mehrzelliges
Aggregat wechseln. Und er verfügt über zahlreiche Tran-
skriptionsfaktoren, die auch Tiere besitzen.
Wie sich nun zeigte, treten bei ihm sogar die beiden
Proteine Myc und Brachyury auf, die in der Tierentwick-
lung wesentliche Funktionen haben. Ersteres regelt dort
übergeordnet die Zellvermehrung. Und Brachyury tritt in
Aktion, wenn sich der frühe Embryo zu einem Becher
einstülpt und sich die drei »Keimblätter« bilden: Es sorgt
für die Differenzierung des Mesoderms, aus dem unter
anderem Knochen, Muskeln und viele Organe entstehen.
Bei Tieren wirken beide Faktoren über Enhancer: Indem
sie sich an die betreffenden DNA-Abschnitte anlagern,
regulieren sie die Aktivitäten gleich eines ganzen Netz-
werks davorliegender Gene. Zum Erstaunen der Forscher
kommen jene Netzwerke bereits bei Capsaspora vor. Sie
müssen somit sehr alt sein.
Dass der Einzeller das Myc-Netzwerk aufweist, wundert
weniger. Schließlich pflegen sich auch seine Zellen zu
vermehren. Doch das Vorhandensein des Transkriptions-
faktors Brachyury überrascht, da bei Capsaspora weder ein
Becherkeim noch ein Mesoderm vorkommen. Dennoch

regelt dieser Faktor anscheinend die gleichen Gentypen

wie bei Tieren. Es scheint sich so zu verhalten wie mit

bestimmten Molekülen zur Zelladhäsion und zur Signal-

übermittlung: Die entsprechenden Gene waren schon

früher vorhanden und erhielten bei den Tieren neue Aufga-

ben. Das heißt, auf dem Weg zur Vielzelligkeit wurden

offenbar einige schon vorher vorhandene Genregulations-

netzwerke in Gänze zum Steuern von jetzt erst erforder-

lichen Entwicklungsprozessen herangezogen.

Diese Übernahmen allein erklären den Ursprung der

Tiere jedoch nicht. Hinzu kamen auch neue Gene – wie

jenes für das nur ihnen eigene Signalübertragungsprotein

Wnt – sowie die erwähnten Enhancer, die Genaktivitäten

von fern verstärken. Und während Tiergenome lange

genfreie Abschnitte aufweisen, besitzt Capsaspora ein

kompaktes Genom, in dem die Forscher keinerlei Hinweise

auf eine Fernsteuerung der Transkription fanden, auch

nicht im mehrzelligen Stadium. Außerdem entdeckte das

Team um Sebé-Pedrós bei Capsaspora keine Promotoren,

die gewissen Prototypen bei Tieren entsprechen, welche

nur in bestimmten Entwicklungsphasen anspringen.

Wann in der Tierevolution mögen diese neueren Pro-

motortypen entstanden sein? Und wann traten erstmals

Enhancer auf? Noch fehlen entsprechende Studien zu den

einfachsten Tieren wie Schwämmen, Rippenquallen und

ihren nächsten Verwandten. Vielleicht besitzen manche von

ihnen sogar völlig andere, noch nicht entdeckte Genregu-

lationsmechanismen.

Alte Mechanismen zur Gensteuerung

Einige Genregulationsnetzwerke

der Tiere sind uralt (blaue Linie im

Stammbaum). Zwei ihrer Transkrip-

tionsfaktoren besitzt bereits eine

Amöbe. Sie bekamen später Auf-

gaben in der Tierentwicklung. Über

größere Entfernung arbeitende

Enhancer (Transkriptionsverstärker)

sind bisher als Frühestes von einer

Seeanemone bekannt. Sie könnten

schon mit den ersten Tieren evol-

viert sein (rote Linien).

BOOTH, D.S., KING, N.: GENE REGULATION IN TRANSITION. IN: NATURE 534, S. 482-483, 2016, FIG. 1; BEARBEITUNG: SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT

Taufliege Mensch

Drosophila

Nematostella

(Seeanemone)

Rippenquallen

Tiere

Kragengeißel-Schwämme

tierchen

Capsaspora

(Amöbe)

QUELLEN

Sebé-Pedrós, A. et al.: The Dynamic Regulatory Genome of

Capsaspora and the Origin of Animal Multicellularity. In: Cell 165,

S. 1224 –1237, 2016

(©) Nature Publishing Group

http://www.nature.com

Nature 534, S. 482–483, 23. Juni 2016