Hox-Gene

Ordnung im Körperbau

Von Diemut Klärner
07.04.2009
, 11:52
Zum Beispiel die Taufliege: Expression von Hox-Genen in den verschiedenen Körperregionen
Baupläne sind genetisch tief verankert: Die sogenannten Hox-Gene sorgen dafür, dass sie sich in der Embryonalentwicklung ausbilden. Für prägnante Unterschiede zwischen verschiedenen Tierformen sorgen gleichzeitig Steuergene höherer Ordnung.
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Mensch und Mücke greifen während der Embryonalentwicklung auf ein gemeinsames Erbe zurück. Zu den einschlägigen Steuerungsgenen zählen die sogenannten Hox-Gene. Bei ganz verschiedenartigen Tieren sorgen sie gleichermaßen für eine wohlgeordnete Differenzierung unterschiedlicher Körperteile. Dabei spiegelt sich die Abfolge vom Kopf bis zum Hinterleib in der Anordnung der dafür zuständigen Gene wider. Im Laufe der Evolution entstanden allerdings hin und wieder Duplikate einzelner Hox-Gene oder einer gesamten Serie. Lanzettfischchen und Taufliege besitzen beispielsweise nur eine einzige Hox-Serie, die meisten Wirbeltiere deren vier.

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Mit den zusätzlichen Genen ergaben sich neue Gestaltungsmöglichkeiten. Doch nicht jede tiefgreifende Änderung des Körperbaus ist mit einem Zuwachs an Hox-Genen verbunden. Säugetiere begnügen sich mit einem altgedienten Inventar, obwohl sie mit Giraffe und Gürteltier, Wal und Wiesel ganz unterschiedliche Körperformen entwickelt haben.

Mit demselben Inventar zu verschiedenen Ergebnissen

Erstaunlicherweise scheinen sich auch die Proteine, deren Baupläne die Hox-Gene bereithalten, während dieser Evolution kaum verändert zu haben. Statt dessen kommt es anscheinend darauf an, wo diese Proteine in Aktion treten. Das entdeckten unlängst Russell Ray und Mario Capecchi von der University of Utha in Salt Lake City, als sie die Embryonalentwicklung von Mäusen und Fledermäusen studierten.

Da die Vorderbeine von Fledermäusen als Flügel dienen, müssen sie extrem in die Länge wachsen und eine Flughaut ausspannen. Um zu ergründen, wie Hox-Gene daran mitwirken, betrachteten die Forscher das letzte Gen der D-Serie, HoxD13 genannt. Bei Maus und Mensch ist es als Gen bekannt, das die Differenzierung von Hand und Fuß beeinflusst. Bestimmte Mutationen führen zu veränderten Proportionen mit stark verkürzten Knochen.

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Beim Vergleich der HoxD13-Gene von Mäusen und Fledermäusen fanden sich dennoch keine markanteren Unterschiede als bei HoxD13-Genen, die von verschiedenartigen Fledermäusen stammten (Evolution & Development Bd. 10, S. 657). Die zugehörigen Proteine stimmen zu 95 Prozent überein. In unmittelbarer Umgebung jener Aminosäuresequenzen, die an der Erbsubstanz andocken, um andere Gene zu steuern, ist die Übereinstimmung sogar hundertprozentig.

Mutationen in der Globalen Kontrollregion

Prägnante Unterschiede entdeckten die Forscher erst auf einer höheren Stufe in der Hierarchie der Steuerungsgene. In der sogenannten Globalen Kontrollregion (GCR), der auch das HoxD13-Gen untergeordnet ist, fehlen den Fledermäusen einige Abschnitte, die für Säugetiere charakteristisch sind. Andere blieben zwar erhalten, weisen aber Mutationen auf, die Fledermäuse von allen übrigen Säugetieren unterscheiden.

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Vermutlich beeinflussen solche Veränderungen, wo das HoxD13-Gen seine Wirkung entfaltet. Bei Mäuseembryos lassen sich dessen Arbeitskopien in Form von RNS nur in den künftigen Pfoten nachweisen, bei vergleichbaren Entwicklungsstadien von Fledermäusen dagegen auch in Teilen des Unterarms und der Flughaut. Dass bei dieser Ausweitung des Aktionsradius tatsächlich das Kontrollgen GCR im Spiel ist, zeigten Mäuse, die mit einer fremdartigen Version dieses Gens ausgestattet wurden. Mäuseembryos mit menschlichem Kontrollgen aktivierten ihr HoxD13-Gen wie gewöhnlich nur in den Pfoten. Besaßen sie hingegen ein Kontrollgen, das von einer Fledermaus stammte, so tauchten Arbeitskopien des HoxD13-Gens auch im Unter- und Oberarm auf.

Quelle: F.A.Z.
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