Die Genexpression wird durch zahlreiche kleine RNA-Moleküle, so genannte microRNAs oder miRNAs, gesteuert. Die spezifischen Funktionen der meisten miRNAs sind jedoch nach wie vor schlecht verstanden. Mit Hilfe von Würmern erstellten die FMI-Forscher eine Enzyklopädie der miRNA-Dynamik während der Entwicklung und deckten Mechanismen ihrer Regulierung auf. Die Ergebnisse tragen zu einem besseren Verständnis der typischen Entwicklung bei und könnten Aufschluss darüber geben, wie diese winzigen Moleküle zu Krankheiten beitragen, wenn sie nicht mehr richtig funktionieren.
Indem sie bestimmte RNA-Moleküle, die für Proteine kodieren, binden und zum Schweigen bringen, regulieren miRNAs die Genexpression. Wissenschaftler wissen, dass die kontrollierte Anhäufung von miRNAs ihre Funktion in vielen Entwicklungsprozessen beeinflusst, aber die Expressionsmuster dieser kleinen RNA-Moleküle während der Entwicklung bleiben rätselhaft.
Um dieser Frage nachzugehen, untersuchten die Forscher im Labor von Grosshans die Expression von mehr als 150 miRNAs, während sich die Larven von C. elegans zu erwachsenen Würmern entwickelten. "Die erste Überraschung für uns war, wie viele dynamische Verhaltensweisen wir für verschiedene miRNAs beobachten konnten", sagt Grosshans. "Wenn wir wissen, wann einige dieser miRNAs in den Würmern am häufigsten vorkommen, können wir Vorhersagen über die Entwicklungsprozesse machen, die sie steuern, und diese Prozesse dann erforschen."
Als Nächstes untersuchte das Team mit Hilfe mathematischer Modellierung Mechanismen, die die beobachteten miRNA-Expressionsmuster erklären könnten. Für eine miRNA, die miR-235, sagte das Modell voraus, dass eine Kombination aus rhythmischer Produktion und Zerfall zur Bildung dynamischer Expressionsmuster führt. Experimente bestätigten diese Vorhersage und identifizierten ein Protein, das für den Abbau von miR-235 unerlässlich ist. Diese miRNA ist von Würmern über Insekten bis hin zu Säugetieren konserviert: Bei Fliegen reguliert sie die Zyklen von Wachheit und Schläfrigkeit; beim Menschen ist sie an der Onkogenese beteiligt - dem Prozess, durch den sich gesunde Zellen in Krebszellen verwandeln.
Frühere Studien haben gezeigt, dass miR-235 auch in anderen Arten ein oszillierendes Expressionsmuster aufweist. "Es ist faszinierend zu sehen, dass, obwohl wir uns auf C. elegans konzentriert haben, einige allgemeine Dynamiken auch in anderen Organismen erhalten zu sein scheinen", sagt Grosshans. "Das unterstützt die Idee, dass wir, wenn wir über Erhaltung nachdenken, nicht bei den Molekülen stehen bleiben sollten, sondern auch ihre dynamischen Expressions- und Regulationsmuster berücksichtigen sollten."
Die miRNA miR-235 wird in einem rhythmischen Rhythmus produziert und abgebaut. Bildnachweis: Nahar, Morales Moya, et al. Nucleic Acids ResearchOriginalveröffentlichung:
Smita Nahar*, Lucas Morales Moya*, Jana Brunner, Gert-Jan Hendriks, Benjamin Towbin, Yannick P. Hauser, Giovanna Brancati, Dimos Gaidatzis^, und Helge Grosshans^ Dynamics of miRNA accumulation during C. elegans larval development Nucleic Acids Research (2024) Advance online publication
*Co-Erstautoren
^mitverantwortliche Autoren
Über die Erstautoren
Smita Nahar stammt aus dem indischen Bundesstaat Madhya Pradesh und hat an der Universität Delhi einen Bachelor- und einen Master-Abschluss in Biochemie erworben. Nach ihrer Promotion am CSIR-Institute of Genomics and Integrative Biology in Neu-Delhi kam sie 2018 als Postdoktorandin in das Grosshans-Labor. Smita ist verheiratet und hat einen 2,5 Jahre alten Sohn. Wenn sie nicht arbeitet, kocht sie gerne, spielt Brettspiele und Tischtennis und tanzt Zumba. Im Jahr 2020 erhielt Smita ein Marie-Sklodowska-Curie-Stipendium für ihre Postdoc-Arbeit über miRNA-Dynamik in der Entwicklungszeit. Lucas Morales Moya stammt ursprünglich aus einer kleinen Stadt in La Mancha, Spanien, und studierte Biotechnologie in Valencia und Biophysik in Madrid, bevor er nach Schottland zog, um an der Universität Dundee in Zell- und Entwicklungsbiologie zu promovieren. Seit 2018 arbeitet er im Grosshans-Labor und untersucht, wie Zeit während der Larvenentwicklung in C. elegans genetisch kodiert wird. Lucas ist ein begeisterter Leser einer Vielzahl von Genres - von Belletristik bis hin zu Philosophie - und er geht regelmäßig laufen und bouldern. Zu seinen Hobbys gehören auch Wandern und der Besuch von Metal-Konzerten.
