Einfluss transposabler Elemente während der Regeneration

Regenerationsfähigkeit variiert signifikant unter den multizellulären Organismen. Die unterliegenden molekularen Mechanismen und ihre Evolution sind im Fokus der aktuellsten Forschung in einigen gut-etablierten Modellorganismen. Der Hauptfokus dieser Studien liegt auf den (Eiweiß-)kodierenden Teilen des Genoms und deren Regulation. Die Rolle des nicht-kodierenden Teils, trotz seiner Größe, bleibt wenig erforscht. Modernste Technologie ermöglicht uns die ersten Einblicke in diese Teile der DNA. Transposable Elemente (Transposons) umfassen den Hauptanteil der nicht-kodierenden DNA. Letzte Ergebnisse zeigen, dass bestimmte Transposon-Klassen während der Regeneration spezifisch aktiviert werden. Auf der evolutionären Ebene gibt es auch einen interessanten Zusammenhang zwischen der Genomgröße, für die die Transposons am meisten beitragen, und der Regenerationsfähigkeit. Diese Daten stellen eine nahliegende aber bislang unbeantwortete Frage dar, inwiefern die Transposons eine aktive Rolle während der Regeneration spiele und inwiefern sie zu deren Evolution beitragen. Dieser Antrag wird die Aktivierung der Transposons und deren Einfluss auf die Genomstruktur während der Regeneration in zwei Hauptmodellsystemen der Regeneration studieren, dem Süßwasserpolpyen Hydra magnipapillata und dem Salamander Ambystoma mexicanum. Wir werden zuerst die Aktivierung aller gemeinsamen und spezies-spezifischen Transposons bioinformatisch studieren. Das wird das Licht auf die genauere Struktur der unterschiedlichen Transposon-Familien werfen. Wir werden dann experimentell die Aktivität auf der zellulären Ebene erforschen und auch funktionelle Studien durchführen. Darüber hinaus werden wir die neuesten Sequenziermethoden anwenden, um den Effekt der Transposons auf das gesamte Genom in den regenerierenden Geweben zu untersuchen. Die Daten aus diesem Projekt werden, zum ersten Mal, die generelle Aktivität und Funktion der Transposons während der Regeneration entlarven. Die Untersuchung der Genome wird auch uns den Einblick in die Modifikation der Genomstruktur sowie dessen Stabilität während der Regeneration ermöglichen. Unser evolutionärer Vergleich wird dann die Gemeinsamkeiten der Genomarchitektur zwischen den beiden Modellorganismen entlarven, die die Evolution der Regeneration ermöglicht hat. Dieses wird signifikant unserem Verständnis über die Dynamik der Evolution sowie den Regenerationsstudien in der angewandten biomedizinischen Forschung beitragen.

In diesem Projekt haben wir untersucht, ob sogenannte Transposons, sogenannte "springende Gene", aktiv sind und eine Rolle bei der Regeneration von wirbellosen und wirbeltierischen Tieren spielen. Wir haben Hinweise darauf gefunden, dass Transposons während der Regeneration tatsächlich aktiv sind und bei Hydra zu Unterschieden in den Genomsequenzen der einzelnen Zellschichten geführt haben. Derzeit untersuchen wir, wie sich die Insertion dieser Transposons auf die Nutzung von Genen während der Regeneration auswirkt.