Weirde Meerestiere könnten das genetische Regelwerk des Lebens neu geschrieben haben

Technik und Auswirkungen

Wir haben nicht erwartet, dass diese Ebene der Komplexität so uralt ist", sagt Dr. Iana Kim, Erstautorin der Studie und Postdoktorandin mit Doppelaufgabe Centre for Genomic Regulation (CRG) und Centre Nacional d'Anlisi Genmica (CNAG).

Die Autoren der Studie machten die Entdeckung, indem sie die Genome vieler der ltesten ste des Tierstammbaums untersuchten, darunter Kammquallen wie die Meerwalnuss" (Mnemiopsis leidyi), Plakozoen, Nesseltiere und Schwmme.

Zudem untersuchten sie einzellige Verwandte, die keine Tiere sind, aber einen jngsten gemeinsamen Vorfahren. Man kann viel neue Biologie entdecken, indem man sich seltsame Meeresbewohner ansieht.

Was die Studie zeigt

Bisher haben wir Genomsequenzen verglichen, aber dank neuer Methoden knnen wir nun analysieren, welche Genregulationsmechanismen die Genomfunktion ber verschiedene Arten hinweg steuern", erklrt ICREA-Forschungsprofessor Arnau Sebe-Pedrs, korrespondierender Autor der Studie und Gruppenleiter Centre for Genomic Regulation.

Die Kraft der 3D-Genomik Das Team verwendete eine Technik namens Micro-C, um zu kartieren, wie sich DNA innerhalb der Zellen der elf untersuchten Arten physisch falten lässt. Zur Veranschaulichung: In jedem menschlichen Zellkern sind etwa zwei Meter DNA verpackt.

Die Forscher durchsuchten 10 Milliarden Sequenzierungsdatenpunkte, um für jede Art ein detailliertes 3D-Genom-Modell zu erstellen. Zwar gab es keine Hinweise auf distale Regulation bei den einzelligen Verwandten der Tiere, doch bei frühen abzweigenden Tieren wie Kammquallen, Plakozoen und Nesseltieren wurden zahlreiche Schleifen nachgewiesen.

Was die Studie zeigt

Allein die Seewalze wies genomweit über viertausend Schleifen auf. Diese Entdeckung ist überraschend, da ihr Genom nur etwa 200 Millionen DNA-Buchstaben lang ist. Vergleich dazu umfasst das menschliche Genom 3,1 Milliarden Buchstaben, und unsere Zellen können zehntausende Schleifen aufweisen.

Bislang ging man davon aus, dass die distale Regulation erstmals im letzten gemeinsamen Vorfahren der Bilateria auftrat – einer Gruppe verschiedener Tierarten, die vor etwa 500 Millionen Jahren auf der Erde erschienen. Allerdings stammen Kammnematoden, die vor etwa 650 bis 700 Millionen Jahren frühzeitig.

Kammnematoden Stammbaum des Lebens älter als Schwämme sind, ist ein langanhaltendes Diskussionsthema in evolutionären Biologiekreisen; die Studie zeigt jedoch, dass die distale Regulation mindestens 150 Millionen Jahre früher auftrat als bisher angenommen.

Was die Studie zeigt

Ein neuer Akteur in der genetischen Architektur Die Studie brachte eine weitere überraschende Entdeckung zutage. Viele Tiere sind Wirbeltiere. In ihren Zellen werden Schleifen durch CTCF gesteuert, ein architektonisches Protein, das Grenzen definiert und Gene in verschiedene lokale Nachbarschaften unterteilt.

Es ist eine grundlegende Einheit der genomischen Architektur bei Säugetieren, Vögeln, Reptilien, Amphibien und Fischen. Die Genome der früh verzweigten Tiere kodieren jedoch kein äquivalentes Protein zu CTCF.

Stattdessen haben die Autoren entdeckt, dass Kammnematoden ein anderes architektonisches Protein verwenden, das derselben strukturellen Familie angehört. Die Entdeckung widerlegt die Annahme, dass eine fortschrittliche genomische, distale Regulation CTCF erfordert. „Es ist beeindruckend, dass dasselbe Problem mit unterschiedlichen Werkzeugen gelöst wurde.

Was die Studie zeigt

Dank dieser Arbeit wissen wir nun, dass man zwei verschiedene Proteine verwenden kann, um distale DNA-Abschnitte Raum zusammenzubringen und so einen Loop zu bilden. Ist die Evolution nicht wunderbar?" sagt ICREA-Forschungsprofessor Marc A. Marti-Renom, Gruppenleiter Centre Nacional d'Anàlisi Genòmica und Centre for Genomic Regulation.

Wie Schwämme und Kammquallen bestehen auch Menschen aus denselben DNA-Bausteinen. Heute stützen sich unsere Körper auf die uralte Innovation der distalen Regulation, um aus derselben DNA verschiedene Zelltypen zu erzeugen – Immunzellen. Wenn diese Kontakte fehlschlagen, können Krankheiten entstehen.

Indem Forscher die distale Regulation auf Tiere zurückverfolgen, die vor hunderten, können sie beginnen, zu rekonstruieren, wie sich die frühesten Formen der genomischen Regulation entwickelten, und liefern damit neue Hinweise auf die grundlegenden Prinzipien, die unsere Zellen und Körper heute steuern.

Technischer Hintergrund

Dies kann dazu beitragen zu verstehen, wo das System robust ist und wo es anfällig für Ausfälle, was potenziell neue medizinische Erkenntnisse oder Therapien leiten könnte. Referenz: „Chromatin loops are an ancestral hallmark of the animal regulatory genome", Cristina Navarrete, Xavier Grau-Bové, Marta Iglesias, Anamaria Elek, Grygoriy Zolotarov, Nikolai S.

Bykov, Sean A. Montgomery, Ewa Ksiezopolska, Didac Cañas-Armenteros, Joan J. Soto-Angel, Sally P. Leys, Pawel Burkhardt, Hiroshi Suga, Alex Mendoza, Marc A. Marti-Renom und Arnau Sebè-Pedrós, 7. Mai 2025, Nature. DOI: 10.1038/s41586-025-08960-w