Ludwig-Maximilians-Universität München
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Molekularbiologie

Das Rezept für eine Fruchtfliege

München, 18.10.2019

Wissenschaftler bestimmen mithilfe von Massenspektrometrie die absolute Kopienzahl von Kernproteinen und Histonmarkierungen und erhalten tiefere Einblicke in die Entwicklung des Fruchtfliegenembryos.

Foto: Sebastian - AdobeStock.

Fruchtfliegen und Menschen haben vieles gemeinsam, etwa 60 Prozent der Fliegengene kommen beim Menschen in ähnlicher Form vor. Durch die Forschung am Fruchtfliegenmodell wurden viele Erkenntnisse über grundlegende Mechanismen gewonnen. Mittlerweile kennt man viele der Proteine, die für den Aufbau eines multizellulären Organismus erforderlich sind. Jedoch ist weitgehend unklar, wie viele Kopien jeder Proteinart vorhanden sind und benötigt werden, damit sich ein vollständiger Organismus entwickeln kann. In einer aktuellen Studie untersuchte Jürg Müller vom Max-Planck-Institut (MPI) für Biochemie gemeinsam mit den Forschergruppen von Axel Imhof, Professor für Molekularbiologie am Biomedizinischen Centrum (BMC) der LMU, und Michiel Vermeulen an der Radboud University in Nimwegen das Proteinset, welches die Entwicklung einer Fliege steuert. Dabei bestimmten sie die absolute Kopienzahl von Proteinen und chemischen Markierungen auf Histonproteinen im Zellkern in Fruchtfliegenembryonen. Die Ergebnisse wurden nun in der Fachzeitschrift Developmental Cell veröffentlicht.

Im Zellkern ist die DNA um sogenannte Histonproteine gewickelt, dieser Komplex wird als Chromatin bezeichnet. Die gesamte Information in der genomischen DNA, die bestimmt, wie sich eine befruchtete Eizelle zu einem Organismus entwickelt, ist somit in Chromatin verpackt. Jürg Müller, Leiter der Forschungsgruppe "Biologie des Chromatins", erklärt: "Die Entwicklung eines Embryos ist ein faszinierender Prozess. Im Gegensatz zum Menschen können wir mit Modellsystemen wie der Fruchtfliege diesen Prozess nicht nur beschreiben, sondern auch untersuchen, wie er bei genetisch veränderten Tieren abläuft. Die Organisation des Chromatins verändert sich dramatisch während der Entwicklung. Wir wollten deshalb verstehen, ob und wie sich die Menge verschiedener Chromatinproteine und der chemischen Markierungen auf Histonen in den kritischen Phasen der Entwicklung verändert." Die Forscher ermittelten die Kopienzahl von fast 4000 Proteinen und chemischen Markierungen an Histonproteinen in zwei verschiedenen Stadien der embryonalen Entwicklung. Dieses Wissen ist wichtig, denn ähnlich wie bei einem Kuchenrezept nicht nur die Art, sondern auch die Menge der Zutaten eine Rolle spielen, ist auch bei Entwicklungsprozessen die Menge der beteiligten Proteine ein bedeutender Faktor.

Dabei haben die Wissenschaftler festgestellt, dass viele Proteine in weit geringerer Kopienzahl vorhanden sind als vermutet, während andere Proteine bedeutend häufiger vorkommen. Diese Beobachtungen sind wichtig für das Verständnis, wie die genomische DNA im Chromatin verpackt ist und reguliert wird, und nach Ansicht der Wissenschaftler müssen einige der derzeitigen Sichtweisen revidiert werden. (MPI/LMU)
Developmental Cell 2019