Die modernen Säugetiere verdanken die Entwicklung ihrer Plazenta und damit auch der typischen Säuger- Schwangerschaft wahrscheinlich genetischen Parasiten: Transposons, mobilen Teilen der DNA, die selbst keine Gene kodieren, aber andere Gene hemmen, fördern oder verändern können. Das berichten US-amerikanische Forscher jetzt im Fachmagazin „Nature Genetics“. Solche DNA-Stücke hätten eine entscheidende Rolle dabei gespielt, die Genregulation der Gebärmutter-Schleimhautzellen bei Säugetieren umzuprogrammieren.
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Für ihre Studie analysierten die Forscher die Genaktivität von Zellen der Uterus-Schleimhaut, dem sogenannten Endometrium. Dieses wächst angeregt durch weibliche Geschlechtshormone und bildet bei einer Schwangerschaft den Mutterkuchen, die Plazenta. Diese stark durchblutete Schleimhaut ermöglicht dem Fötus die Einnistung und versorgt ihn mit Sauerstoff und Nährstoffen. In der Evolution entstand diese Plazenta erst, nachdem sich die höheren Säugetiere von den Beuteltieren abtrennten, vor rund 160 Millionen Jahren. Wie genau dies ablief, sei bisher unklar gewesen, sagen die Forscher.
Schlüsselrolle für mobilen DNA-Baustein
Bei Vergleichen der Genregulation von Mensch, Gürteltier und dem zu den Beuteltieren gehörenden Opossum habe man 1.532 Gene entdeckt, die nur in der Gebärmutter der modernen Säugetiere aktiv seien. „Die Evolution der Säugetier-Schwangerschaft war offenbar mit einer großangelegten Neuverschaltung der Genregulation verbunden“, schreiben die Wissenschaftler. Diese Reorganisation sei zu einem großen Teil auf das Transposon MER20 zurückzuführen.
Dieses mobile DNA-Stück habe die Gene der Gebärmutter-Schleimhautzellen so umprogrammiert, dass sie eine Plazenta bilden und auf Hormone reagieren, die dies anregen, sagen die Forscher. Erst diese Umorganisation ermöglichte es den Säugetieren, ihre Jungen lange im schützenden Mutterleib austragen, statt sie wie Beuteltiere noch im völlig unreifen Zustand zu gebären oder sie erst ausbrüten zu müssen.
hemalige Virengene als Evolutionshelfer
„Wir haben geglaubt, dass Veränderungen immer nur durch kleine Mutationen in unserer DNA stattfinden, die sich im Laufe der Zeit anreichern“, sagt Studienleiter Gunter Wagner von der Yale University in New Haven. Doch in den letzten zwei Jahrzehnten habe sich das Verständnis dessen, wie Evolution funktioniert, dramatisch verändert. Einer der Durchbrüche sei die Entdeckung von Transposons und ihrer Funktion gewesen. Transposons sind DNA-Abschnitte unterschiedlicher Länge, die sich innerhalb des Erbguts vermehren, sich aus dem Code herausschneiden, aber auch wieder an anderer Stelle einsetzen können. Forscher vermuten, dass solche mobilen Genteile einst aus dem Erbgut von Viren in das Genom anderer Lebewesen eingeschleust wurden.
„Diese Transposons sind wie vorproduzierte regulatorische Einheiten, die sich selbst in ein Wirtsgenom installieren“, sagt Vincent J. Lynch von der Yale Universität, Hauptautor der Studie. Dort, wo sie sich anlagern, beeinflussten sie das Ablesen anderer Gene und könnten so innerhalb kurzer Zeit große Veränderungen bewirken. Einen Beleg dafür, wie Transposons wichtige evolutionäre Fortschritte beeinflussen, habe man nun am Beispiel der Säugetier-Gebärmutter gefunden.
Dort habe das Transposon MER20 eine Hauptrolle für die Umwandlung gespielt. „In 2.113 Genen, die auf Progesteron und den Botenstoff cAMP reagieren, identifizierten wir mindestens ein MER20 innerhalb des Gens oder in unmittelbarer Nachbarschaft davon“, schreiben die Forscher. Sie werten dies als Indiz dafür, dass das Transposon eine entscheidende Rolle für die Entwicklung der Säugetier-Schwangerschaft gespielt haben muss. (Nature Genetics, 2011; DOI: 10.1038/ng.917)
(Yale University, 26.09.2011 – NPO)
