Winzige Mikrochromosomen unter dem Mikroskop zwischen größeren Chromosomen. (Shayer Alam) Ursprünglich dachte man, es handele sich lediglich um Staubkörner auf einem Objektträger.
Nun legt eine neue Studie nahe, dass Mikrochromosomen – eine Art winziger Chromosomen, die bei Vögeln und Reptilien vorkommen – eine längere Geschichte haben und bei Säugetieren eine größere Rolle spielen, als wir jemals vermutet hätten.
Durch die Aneinanderreihung der DNA-Sequenz von Mikrochromosomen über viele verschiedene Arten hinweg konnten Forscher die Konsistenz dieser DNA-Moleküle über Vogel- und Reptilienfamilien hinweg nachweisen, eine Konsistenz, die Hunderte Millionen Jahre zurückreicht.
Darüber hinaus stellte das Team fest, dass diese Teile des genetischen Codes durcheinander gebracht und auf größeren Chromosomen bei Beuteltieren und Plazenta-Säugetieren, einschließlich Menschen, platziert wurden. Mit anderen Worten: Das menschliche Genom ist nicht ganz so „normal“ wie bisher angenommen.
„Wir haben diese Sequenzen von Vögeln, Schildkröten, Schlangen und Eidechsen, Schnabeltieren und Menschen aneinandergereiht und verglichen.“ sagt die Genetikerin Jenny Graves , von der La Trobe University in Australien. „Erstaunlicherweise waren die Mikrochromosomen bei allen Vogel- und Reptilienarten gleich.“
„Noch erstaunlicher ist, dass sie mit den winzigen Chromosomen von Amphioxus identisch waren – einem kleinen fischähnlichen Tier ohne Rückgrat, das vor 684 Millionen Jahren zum letzten Mal einen gemeinsamen Vorfahren mit Wirbeltieren hatte.“
Durch die Rückverfolgung dieser Mikrochromosomen bis in die Antike Amphioxus konnten die Wissenschaftler genetische Verbindungen zu allen seinen Nachkommen herstellen. Diese winzigen „Staubkörnchen“ sind tatsächlich wichtige Bausteine für Wirbeltiere und nicht nur abnormale Extras.
Es scheint, dass die meisten Säugetiere im Laufe der Evolution ihre Mikrochromosomen absorbiert und durcheinander gebracht haben, sodass sie wie normale DNA-Stücke aussehen. Die Ausnahme bildet das Schnabeltier, bei dem mehrere Chromosomenabschnitte an Mikrochromosomen ausgerichtet sind, was darauf hindeutet, dass diese Methode in dieser Hinsicht durchaus als „Sprungbrett“ für andere Säugetiere gedient haben könnte, so die Forscher.
Mikrochromosomen sind bei Vögeln und Reptilien konsistent, bei Säugetieren jedoch in größeren Chromosomen vermischt. (Paul Waters)
Die Studie ergab auch, dass die Mikrochromosomen nicht nur bei zahlreichen Arten ähnlich sind, sondern sich auch an der gleichen Stelle innerhalb der Zellen befinden.
„Sie sind nicht nur bei jeder Art gleich, sondern sie drängen sich auch in der Mitte des Zellkerns zusammen, wo sie physisch miteinander interagieren, was auf funktionelle Kohärenz hindeutet.“ sagt der Biologe Paul Waters , von der University of New South Wales (UNSW) in Australien.
„Dieses seltsame Verhalten gilt nicht für die großen Chromosomen in unserem Genom.“
Die Forscher verdanken den jüngsten Fortschritten in der DNA-Sequenzierungstechnologie die Möglichkeit, Mikrochromosomen Ende-zu-Ende zu sequenzieren und besser festzustellen, woher diese DNA-Fragmente stammen und welchen Zweck sie erfüllen könnten.
Es ist nicht klar, ob die Kodierung von DNA in größeren Chromosomen oder in Mikrochromosomen einen evolutionären Vorteil hat, und die in diesem Artikel dargelegten Ergebnisse könnten Wissenschaftlern dabei helfen, diese spezielle Debatte zu beenden – obwohl noch viele Fragen offen bleiben.
Die Studie legt nahe, dass der Ansatz großer Chromosomen, der sich bei Säugetieren entwickelt hat, eigentlich nicht der Normalzustand ist und ein Nachteil sein könnte: Gene sind beispielsweise in Mikrochromosomen viel dichter zusammengepackt.
„Anstatt ‚normal‘ zu sein, waren die Chromosomen von Menschen und anderen Säugetieren mit viel ‚Junk-DNA‘ aufgebläht und auf viele verschiedene Arten durcheinander gebracht.“ sagt Graves .
„Die neuen Erkenntnisse helfen zu erklären, warum es eine so große Vielfalt an Säugetieren mit sehr unterschiedlichen Genomen gibt, die jeden Winkel unseres Planeten bewohnen.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in PNAS .