Dosiskompensation bei Fliegenmännchen

23.07.2012: Das Geschlecht vieler Organismen wird durch die Anzahl der X-Chromosomen vermittelt. Beim Menschen beispielsweise besitzen Frauen zwei X- Chromosomen, während Männer nur ein X-Chromosom, dafür aber ein zusätzliches Y-Chromosom haben. Gleiches gilt für andere Säugetiere aber auch für Fruchtfliegen. Wie genau es dazu kommt, dass trotzdem kein Ungleichgewicht in der Ausprägung wichtiger Gene auf dem X-Chromosom entsteht, haben Asifa Akhtar und ihre Kollegen vom Max-Planck-Institut für Immunobiologie und Epigenetik in Freiburg gemeinsam mit dem Labor von Nicholas Luscombe am Europäische Bioinformatik Institut in Cambridge, Großbritannien, untersucht. Sie zeigten dabei erstmals, dass bei Fruchtfliegenmännchen die Initiationsphase der mRNA - Synthese angeregt wird um dieses Ungleichgewicht auszugleichen.

Die meisten Organismen haben eine Strategie entwickelt, um sicher zu stellen, dass für beide Geschlechter wichtige X-chromosomale Gene ausreichend abgelesen werden. Diese bezeichnet man als Dosiskompensation. Während der Ausgleich bei Säugetieren über die Inaktivierung eines der beiden X-Chromosomen im Weibchen erfolgt, werden bei Fruchtfliegen die auf den X-Chromosomen liegenden Gene der Männchen doppelt so stark ausgeprägt. Dies erfolgt über den Dosiskompensationskomplex, welcher den Verpackungsgrad des männlichen X-Chromosoms verringert und dieses so besonders gut für Transkriptionsfaktoren zugänglich macht. Wie genau diese Veränderung der Chromatinstruktur jedoch die Ausprägung X-chromosomaler Gene erleichtert war bisher nur unzureichend erforscht.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Immunobiologie und Epigenetik wiesen die Funktionsweise nun erstmals nach, in dem sie die Genausprägung in Zellen des gleichen Gewebes  von männlichen und weiblichen Fruchtfliegen verglichen. Das Ablesen eines Gens – die Transkription - beginnt mit dem Enzym RNA-Polymerase II, das an den Promotor eines DNA-Strangs bindet und so die Geninformation abliest. Die Forscher zeigten, dass es für die Verdopplung entscheidend ist, wie viel Polymerase II auf die Promotoren des männlichen X Chromosoms geladen wird. „Je mehr Polymerase II an den Promotor bindet, desto höher ist die Frequenz der Transkription“, sagt Akhtar. Der entscheidende Schritt findet also in der sogenannten Initiationsphase statt.

Damit wiesen die Forscher erstmals nach, wieso Gene auf dem X-Chromosom in männlichen Fruchtfliegen mehr abgelesen als bei weiblichen und erhielten somit Einblick in das fundamentale Zusammenspiel von DNA Struktur und Genausprägung.  „Wir wollen nun unbedingt auch herausfinden, wie genau der Einsatz der doppelten Polymerase-Menge zur doppelten Ausprägung des männlichen X-Chromosoms führt“, so Akhtar.

Originalveröffentlichung:
Conrad, Cavalli, Vaquerizas, Luscombe, Akthar; Drosophila dosage compensation involves enhanced POL II recruitment to male X-linked promotors; Science, 19th July 2012