In einer frisch befruchteten Eizelle sorgt mütterliche Mitgift für die erste Zellteilung, dann müssen die Gene des Sprösslings erweckt werden, damit sich ein lebensfähiger Embryo entwickelt. Dafür sorgt der Eiweißstoff "Nr5a2", fand die österreichische Entwicklungsbiologin Kikue Tachibana mit Kollegen bei Mäusen heraus. Dieser "Pionierfaktor" startet die genetischen Aktivitäten des Embryos und erweckt ihn somit zum Leben, erklären die Forscher im Fachmagazin "Science".
Bei der Befruchtung verschmelzen eine Eizelle und ein Spermium zur "Zygote" (befruchteten Eizelle), und ein völlig neuer Organismus mit eigenem Erbgut (Genom) wird erschaffen. Es ist aber zunächst dicht eingewickelt und inaktiv. Die erste Zellteilung wird daher nach Anleitungen (RNAs) und mit Eiweißstoffen durchgeführt, die von der Mutter in die Eizelle gepackt wurden. Ab dem Zwei-Zellen-Stadium werden durch die "zygotische Genom-Aktivierung (ZGA)" fast gleichzeitig Tausende von Genen aktiviert und der Embryo entwickelt sich von da an (fast) selbstständig.
Nr5a2 als "Wecker"
Um herauszufinden, wer diesen Entwicklungsschub auslöst, sahen die Forscher um Tachibana nach, welche Gene durch die ZGA in einem zweizelligen Embryo aufgeweckt werden. Kikue Tachibana leitete zunächst eine Forschungsgruppe am Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und forscht aktuell am Max-Planck-Institut für Biochemie (MPIB) in Martinsried bei München. Die Wissenschafter fanden knapp Tausend solcher Gene und suchten bei diesen nach Gemeinsamkeiten. Bei einer großen Mehrzahl von ihnen fanden sie Andockstellen für einen Eiweißstoff namens Nr5a2.
Nr5a2 wird den Sprösslingen von den Mäusemüttern quasi ins Ei gelegt, berichten die Forscher. Dieser Eiweißstoff ist also schon vor der "zygotischen Genom-Aktivierung" in den befruchteten Eizellen und könnte diese tatsächlich auslösen.
Die Forscher blockierten in der Folge Nr5a2 mit einem Hemmstoff. Dadurch wurden drei Viertel der ZGA-Gene inaktiviert, die Embryos konnten sich nicht weiterentwickeln und starben nach ein paar Tagen. "Wir schließen daraus, dass Nr5a2 nötig ist für das Ablesen der Majorität der ZGA-Gene", schrieben sie in dem Fachartikel.
Als Pionierfaktor packt Nr5a2 das dicht in Eiweißstoff gehüllte und fest gewickelte Erbgut aus und macht es für andere Gen-Aktivierer zugänglich, erklären sie. Und zwar genau an jenen Stellen (Enhancern), wo solch eine Aktivierung möglich ist. Dieser Effekt wird verstärkt, indem der mütterliche Nr5a2-Eiweißstoff auch seine Vorlage am Erbgut des Embryos freilegt, und dadurch die vermehrte Herstellung von embryonalem Nr5a2 bewirkt.
Nr5a2 ist also ein Schlüsselfaktor für das Erwachen des Genoms, erklärt Tachibana in einer Aussendung. Diese Entdeckung sei "ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einem mechanistischen Verständnis des Beginns des Lebens".
Service: https://dx.doi.org/10.1126/science.abn7478
(APA/red, Foto: APA/APA/dpa-Zentralbild/Ralf Hirschberger)
