Weirde Meerestiere könnten das genetische Regelwerk des Lebens neu geschrieben haben

Eine in Zeitschrift Nature veröffentlichte Studie Genomic Regulation (CRG) und Centre Nacional d'Anàlisi Genòmica (CNAG) deutet darauf hin, dass Fernregulation 650 und 700 Millionen Jahren entstand. Dies verschiebt Zeitrahmen um etwa 150 Millionen Jahre zurück und legt nahe, dass dieser fortschrittliche Mechanismus bereits Beginn Tierlebens vorhanden war.

Dieser Prozess, der als distale Regulation bekannt ist, funktioniert durch Faltung ängen Proteinen in komplexe Schleifen. Diese Schleifen ermöglichen es weit entfernten Abschnitten der DNA, sich über das gesamte Genom erstrecken Gene aus Ferne aktivieren.

Wissenschaftler glauben, dass dieser Durchbruch es frühen mehrzelligen Tieren ermöglichte, vorhandene Gene auf neue Weise zu nutzen, wodurch Entstehung verschiedener Zelltypen Gewebe ohne Notwendigkeit völlig neuer genetischer Anweisungen möglich wurde.

Das urtümliche genetische Schweizer Taschenmesser Die

Das urtümliche genetische Schweizer Taschenmesser Die entscheidende Innovation entstand wahrscheinlich bei einem Meerestier, dem gemeinsamen Vorfahren aller heute lebenden Tiere.

Das urtümliche Tier entwickelte die Fähigkeit, DNA auf kontrollierte Weise zu falten Schleifen im dreidimensionalen Raum zu bilden, die weit entfernte DNA-Abschnitte direkt miteinander Kontakt brachten. „Dieses Wesen konnte sein genetisches Werkzeugkasten auf unterschiedliche Weise neu nutzen, ähnlich wie Schweizer Taschenmesser, wodurch es in Lage war, innovative Überlebensstrategien zu verfeinern und zu erkunden.

Wir haben nicht erwartet, dass diese Ebene Komplexität so uralt ist", sagt Dr. Iana Kim, Erstautorin Studie Postdoktorandin Doppelaufgabe Centre Genomic Regulation (CRG) und Centre Nacional d'Anlisi Genmica (CNAG). Autoren Studie machten Entdeckung, indem sie Genome vieler der ltesten ste Tierstammbaums untersuchten, darunter Kammquallen wie die Meerwalnuss" (Mnemiopsis leidyi), Plakozoen, Nesseltiere Schwmme.

Zudem untersuchten sie einzellige Verwandte, die

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.

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

Kraft der 3D-Genomik Team verwendete eine Technik namens Micro-C, um zu kartieren, wie sich DNA innerhalb Zellen der elf untersuchten Arten physisch falten lässt. Veranschaulichung: In jedem menschlichen Zellkern sind etwa zwei Meter DNA verpackt. Forscher durchsuchten 10 Milliarden Sequenzierungsdatenpunkte, um für jede Art ein detailliertes 3D-Genom-Modell zu erstellen.

Zwar gab es keine Hinweise auf

Zwar gab es keine Hinweise auf distale Regulation bei den einzelligen Verwandten Tiere, doch bei frühen abzweigenden Tieren Kammquallen, Plakozoen Nesseltieren wurden zahlreiche Schleifen nachgewiesen. Allein Seewalze wies genomweit über viertausend Schleifen auf. Diese Entdeckung ist überraschend, da 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 Bilateria auftrat – einer Gruppe verschiedener Tierarten, die vor etwa 500 Millionen Jahren auf Erde erschienen.

Allerdings stammen Kammnematoden, die vor etwa 650 bis 700 Millionen Jahren frühzeitig. Kammnematoden Stammbaum Lebens älter Schwämme sind, ist ein langanhaltendes Diskussionsthema in evolutionären Biologiekreisen; Studie zeigt jedoch, dass die distale Regulation mindestens 150 Millionen Jahre früher auftrat als bisher angenommen.

Ein neuer Akteur in der genetischen

Ein neuer Akteur in der genetischen Architektur Studie brachte eine weitere überraschende Entdeckung zutage. Viele Tiere sind Wirbeltiere. In ihren Zellen werden Schleifen durch CTCF gesteuert, ein architektonisches Protein, Grenzen definiert Gene in verschiedene lokale Nachbarschaften unterteilt. Es ist eine grundlegende Einheit der genomischen Architektur bei Säugetieren, Vögeln, Reptilien, Amphibien Fischen.

Genome der früh verzweigten Tiere kodieren jedoch kein äquivalentes Protein zu CTCF. Stattdessen haben Autoren entdeckt, dass Kammnematoden ein anderes architektonisches Protein verwenden, das derselben strukturellen Familie angehört. Entdeckung widerlegt Annahme, dass eine fortschrittliche genomische, distale Regulation CTCF erfordert. „Es ist beeindruckend, dass dasselbe Problem mit unterschiedlichen Werkzeugen gelöst wurde.

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 Evolution nicht wunderbar?" sagt ICREA-Forschungsprofessor Marc A. Marti-Renom, Gruppenleiter Centre Nacional d'Anàlisi Genòmica und Centre Genomic Regulation. Schwämme Kammquallen bestehen auch Menschen aus denselben DNA-Bausteinen.

Heute stützen sich unsere Körper auf

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 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.

Dies kann dazu beitragen zu verstehen, wo 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, Ksiezopolska, Didac Cañas-Armenteros, Joan J.

Soto-Angel, Sally P. Leys, Pawel Burkhardt, Hiroshi Suga, Alex Mendoza, Marc A. Marti-Renom Arnau Sebè-Pedrós, 7. Mai 2025, Nature. DOI: 10.1038/s41586-025-08960-w