Tracing the molecular evolution of the centrosome: adaptation of components and function
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Zentrosom ist ein Teil jeder tierischen Zelle. Es spielt eine zentrale Rolle für die Zellteilung, für die Umgebungswahrnehmung und für die Bewegung der Zelle. Vorläufer des Zentrosoms, sogenannte Basalkörper, waren schon im gemeinsamem Vorgänger von Pflanzen, Tieren und Pilzen vorhanden. Im Laufe der Evolution haben sich die Struktur und die Funktionen des Zentrosoms verändert. Das Ziel dieser Studie war es, die Funktion des Zentrosoms in menschlichen Zellen zu ergründen und ferner die Evolution des Zentrosoms hinsichtlich seiner Komponenten und Funktionen zu erforschen. Dazu werden Proteine aus menschlichen Zellen mit denen von Nematoden, Fruchtfliegen und Hefen verglichen. Um bereits vorhandene Forschungsergebnisse aus diesen Organismen miteinander zu vergleichen, mussten die Verwandtschaftsbeziehungen der Proteine ergründet werden. Alle Proteine bestehen aus einer Kette von Aminosäuren, welche sich zu einer räumlichen Struktur faltet. Nah verwandte Proteine können anhand der Ähnlichkeit in der Kette von Aminosäuren erkannt werden. Allerdings ist das für sogenannte coiled-coil Proteine schwieriger. Diese Proteine spielen im Zentrosom eine wichtige strukturelle Rolle. Sie haben eine gewundene Struktur mit einem regelmäßig wiederkehrenden Muster an Aminosäuren, das durch eine spezielle Bindungsstruktur entsteht. Dieses regelmäßig wiederkehrende Muster verursacht eine Sequenzähnlichkeit auch von nicht verwandten Proteinen. Im Rahmen dieses Projektes wurde eine Methode entwickelt, welche die Ähnlichkeit der coiled-coil Proteine berücksichtigt und damit genauere Vorhersagen für die Verwandtschaft von Genen ermöglicht. Auf Basis dieser Methode konnte in einer Analyse von Protein- Protein-Interkationen gezeigt werden, dass das Zentrosom mit Hilfe von coiled-coil Proteinen andere Proteine an sich bindet, welche dann wichtige neue Funktionen für die Zelle übernehmen. Um weitere Erkenntnisse über die Evolution des Zentrosoms und anderer Funktionen der Zelle zu gewinnen, wurden weiterhin Gewebe-spezifische Genexpressionsmuster untersucht. Diese Daten ermöglichen Aussagen darüber, welche Proteine besondere Funktionen in einzelnen Geweben übernehmen. Im Gegensatz zu vielen anderen experimentellen Daten, welche nur für eine Auswahl von Modellorganismen gesammelt wurden, sind Expressionsmuster sind für viele verschiedene Organismen verfügbar. Gleichzeitig sind sie eine reichhaltige Quelle von Informationen, da die Expression von Genen in Geweben und während der Entwicklung unter einem direkten evolutionären Selektionsdruck steht. Bislang wurden solche Daten vor allem zwischen nah verwandten Organismen verglichen. Zum Beispiel innerhalb der Wirbeltiere ist es möglich, äquivalente Organe zu finden. Zwischen Insekten und Nematoden ist dies aber nur bei wenigen Strukturen möglich. Die neue Methode findet Ähnlichkeiten zwischen den Geweben und ermöglicht es auf diese Weise, Expressionsmuster zwischen Spezies zu vergleichen. Damit können Aussagen über die Veränderung von Genfunktionen getroffen werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Conservation of expression regulation throughout the animal kingdom. bioRxiv
Kuhn M, Beyer A
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1101/007252) - Coiled-coil proteins facilitated the functional expansion of the centrosome. PLoS Comput Biol. 2014 Jun 5;10(6):e1003657
Kuhn M, Hyman AA, Beyer A
(Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1003657)
