ForscherInnen an den Max F. Perutz Laboratories (MFPL) der Universität Wien und der Medizinischen Universität Wien ist ein Durchbruch für das Platynereis-Modellsystem gelungen: Zum ersten Mal beschreiben sie eine Methode, mit der spezifische und vererbbare Mutationen in dieser Spezies erzeugt werden können. Damit rückt dieser marine Wurm in eine exzellente Position, um die Forschung in den Bereichen Neurobiologie, Chronobiologie, evolutionäre Entwicklungsbiologie und Meeresbiologie voranzutreiben. Die Studie sowie ein Überblicksartikel zu den genetischen Methoden, die für Platynereis dumerilii zur Verfügung stehen, sind nicht nur Mai-Highlights des renommierten Fachjournals Genetics, ihnen wurde auch das Titelbild der aktuellen Ausgabe gewidmet.
Auf molekularer Ebene wissen wir von vielen faszinierenden biologischen Phänomenen noch viel zu wenig. Der unscheinbare marine Borstenwurm Platynereis dumerilii stellt für die Erforschung dieser Phänomene einen interessanten Modellorganismus dar: Evolutionär gesehen entwickelte er sich sehr langsam und ist so bestens geeignet, um Vorläufergene und Zelltypen zu analysieren. Er besitzt ein Hormonsystem, das mit jenem der Wirbeltiere vergleichbar ist und er kann große Teile seines Körpers regenerieren. Zudem wird seine Fortpflanzungszeit durch mehrere Uhren gesteuert – ein Merkmal, das wahrscheinlich auch viele andere Organismen aufweisen. Diese Charakteristika machen den Borstenwurm ideal für die Evolutionsforschung, die Chronobiologie und für viele weitere Forschungsgebiete. Da es jedoch bislang keine geeigneten molekularbiologischen Werkzeuge gab, war es sehr schwierig, die Funktionen der Platynereis-Gene in vivo zu analysieren.
Diesen ForscherInnen vom Max F. Perutz Laboratories (MFPL) der Universität Wien gelang der Durchbruch zur Analyse von Platynereis: Florian Raible, Stephanie Bannister und Kristin Tessmar-Raible (Image copyright: MFPL).
TALENs als neues Werkzeug zur gezielten Modifikation von Platynereis-Genen
Um dieser Notwendigkeit Rechnung zu tragen, haben ForscherInnen an den Max F. Perutz Laboratories (MFPL) und der Forschungsplattform “Marine Rhythms of Life” der Universität Wien mit Unterstützung des VIPS (Vienna International Postdoctoral Program) nun eine Proteinklasse, die “Transcriptional Activator-like Effector Nucleases” (TALENs) als Werkzeug etabliert, um Platynereis-Gene gezielt zu verändern. Diese maßgeschneiderten Enzyme binden an spezifische DNA-Sequenzen und “zerschneiden” das Genom an diesen Stellen. Die Reparaturmechanismen der Zelle reagieren sofort und beheben den Schaden. Allerdings können kleine Fehler in Form von DNA-Sequenzen, die zusätzlich eingebaut oder gelöscht werden, von den Reparaturmechanismen übersehen werden. Das Ergebnis sind kleine Mutationen, die das Protein, für das das Gen kodiert, funktionsunfähig machen. Mit dieser Methode konnten die ForscherInnen nun die allerersten Platynereis-Mutanten erzeugen.
Perspektiven für die Zukunft
Die WissenschafterInnen fanden heraus, dass diese herbeigeführten Mutationen vererblich sind. Somit können die TALENs dazu verwendet werden, mutierte Platynereis-Linien zu erzeugen. “Damit können wir nun detaillierte in vivo Funktionsanalysen bei Platynereis durchführen. Zudem erleichtert diese Methode weitere technische Entwicklungen. Zum Beispiel hoffen wir, dass wir die TALENs nutzen können, um fluoreszierende Reportergene in das Genom einzubauen. Auf diese Weise können wir erforschen, wie die Genexpression über den gesamten Lebenszyklus reguliert wird”, erklärt Stephanie Bannister, Erstautorin und VIPS Postdoc in der Gruppe von Florian Raible am Department für Mikrobiologie, Immunbiologie und Genetik der Universität Wien. Sie ist für die erfolgreiche Etablierung der Methode verantwortlich. “Außerdem zeigen wir, wie die Arbeitsabläufe optimal organisiert und gestrafft werden, um die Etablierung der TALEN-Technologie für andere unkonventionelle oder neuentdeckte Modellorganismen zu erleichtern”, fügt Stephanie Bannister hinzu.
Publikationen in Genetics:
Stephanie Bannister, Olga Antonova, Alessandra Polo, Claudia Lohs, Natalia Hallay, Agne Valinciute, Florian Raible, Kristin Tessmar-Raible: TALENs mediate efficient and heritable mutation of endogenous genes in the marine annelid Platynereis dumerilii. In: Genetics (März 2014).
DOI: https://dx.doi.org/10.1534/genetics.113.161091
Juliane Zantke, Stephanie Bannister, Vinoth Babu Veedin Rajan, Florian Raible, Kristin Tessmar-Raible: Genetic and genomic tools for the marine annelid Platynereis dumerilii. In: Genetics (Mai 2014).
DOI: https://dx.doi.org/10.1534/genetics.112.148254
*Source: Universität Wien