En storstilt studie utført av molekylærbiologer fra Heidelberg University har gitt banebrytende ny innsikt i utviklingen og reguleringen av genuttrykk i pattedyrs organer. Forskerne undersøkte RNA-syntese og påfølgende proteinsyntese i organene til mennesker og andre representative pattedyr, og ved hjelp av sekvenseringsteknologier analyserte de mer enn 100 milliarder genekspresjonsfragmenter fra ulike organer. De var i stand til å demonstrere at det finstemte samspillet mellom de to synteseprosessene under evolusjonen var avgjørende for å forme organfunksjoner.
Et komplekst samspill av aktivitet mellom et stort antall gener – kjent som genuttrykk – ligger til grunn for organfunksjoner. "Inntil nå var vår forståelse av disse essensielle genetiske programmene hos pattedyr begrenset til det første laget av genuttrykk - produksjonen av messenger-RNA," forklarer prof. Dr. Henrik Kaessmann, gruppeleder for forskningsteamet "Funksjonell utvikling av pattedyrgenomer". ved Center for Molecular Biology ved Heidelberg University (ZMBH). "Det neste laget - selve syntesen av proteiner ved ribosomet gjennom oversettelsen av messenger-RNA-ene - forble stort sett ukjent."
Det er denne andre synteseprosessen Heidelberg-forskerne nå har studert nærmere. Ved hjelp av såk alte neste generasjons sekvenseringsteknologier analyserte de genuttrykket til ulike organer på begge lag. De studerte hjernen, leveren og testiklene fra mennesker og andre utvalgte pattedyr, inkludert rhesus-aper, mus, opossum og platypus."På grunnlag av disse dataene kunne vi i fellesskap undersøke begge genekspresjonslagene og sammenligne dem på tvers av pattedyrsorganer ved å bruke avanserte bioinformatikktilnærminger," forklarer Dr. Evgeny Leushkin ved ZMBH.
I sin storstilte studie viste ZMBH-forskerne at det finjusterte samspillet mellom de to synteseprosessene under evolusjon var avgjørende for å forme organfunksjoner. For første gang klarte de å vise at – i tillegg til regulering av messenger-RNA-produksjon – andre reguleringsmekanismer ved translasjonslaget er avgjørende for å optimalisere mengden protein som produseres i alle organer. Dette gjelder spesielt i testiklene, hvor translasjonsregulering er nøkkelen for spermutvikling. Et annet viktig funn gjelder mutasjonsendringer i genuttrykksregulering som oppsto under evolusjon. Disse endringene ble ofte balansert mellom de to lagene. Endringer som oppveier hverandre ble først og fremst opprettholdt for å sikre produksjon av konsistente mengder protein.
Forskere fra Frankrike og Sveits bidro til studien. Finansiering ble gitt av den tyske forskningsstiftelsen og det europeiske forskningsrådet. Dataene er tilgjengelige i en offentlig tilgangsdatabase. Forskningsresultatene deres ble publisert i Nature.
