Kurzfassung

Evolutionäre Chromosomenumbauten haben die Genome der heute existierenden Wirbeltiere geformt. Als Resultat hat jede Spezies im Vergleich zu anderen eine charakteristische Anordnung von konservierten und auseinandergerissenen DNA-Segmenten. Durch vergleichende Gen- und Genomkartierungen lassen sich homologe (syntäne) Chromosomenabschnitte und anzestrale Genanordnungen sichtbar machen. Dabei wurde eine erstaunliche Ähnlichkeit des Geninhaltes von Chromosomensegmenten bei Fischen, Vögeln und...Evolutionäre Chromosomenumbauten haben die Genome der heute existierenden Wirbeltiere geformt. Als Resultat hat jede Spezies im Vergleich zu anderen eine charakteristische Anordnung von konservierten und auseinandergerissenen DNA-Segmenten. Durch vergleichende Gen- und Genomkartierungen lassen sich homologe (syntäne) Chromosomenabschnitte und anzestrale Genanordnungen sichtbar machen. Dabei wurde eine erstaunliche Ähnlichkeit des Geninhaltes von Chromosomensegmenten bei Fischen, Vögeln und Säugetieren bis hin zum Menschen festgestellt. Diese evolutionäre Konservierung ist ein guter Indikator für funktionelle Bedeutung.
Mit Hilfe von molekularzytogenetischen und DNA-Sequenzvergleichen von Mensch, Menschenaffen, Alt- und Neuweltaffen versuchen wir, Chromosomenumbauten in der Primatenevolution zu rekonstruieren. Neue Chromosomentypen entstehen durch "Large-scale Rearrangements" von evolutionär konservierten DNA-Segmenten, die nach dem „Lego-System“ neu zusammengesetzt werden. Evolutionäre Chromosomenbruchpunkte sind dabei nicht zufällig im Genom verteilt. Die Genomarchitektur bedingt eine inhärente Instabilität bestimmter Chromosomenabschnitte, welche sowohl die Chromosomenevolution als auch die Chromosomenpathologie vorantreibt. Die Destabilisierung des Genoms bei evolutionären Bruchereignissen führt zu Duplikationen, Amplifikationen, Deletionen und Insertionen von sehr kleinen DNA-Segmenten im Bruchpunktbereich ("Small-scale rearrangements") und damit zu genetischen Unterschieden zwischen nahverwandten Spezies. Ob Chromosomenumbauten mit positiver Selektion von Genen und regulatorischen Elementen in den Bruchregionen einhergehen, wird durch genomische Sequenzvergleiche der sequenzierten Primatenspezies untersucht.
Die enorme Konserviertheit der Genomsequenzen impliziert, dass Gewebe- und Spezies-spezifische Phänotypen wesentlich durch die Dynamik der Genexpression bestimmt werden. Basierend auf genomweiten Microarray-Analysen sind grosse Expressionsdatensätze von Mensch, Schimpanse, Gorilla und Orangutan öffentlich zugänglich. Durch „data mining“ identifizieren wir Gene aus evolutionär rearrangierten Chromosomenregionen, die Expressionsunterschiede zwischen Mensch und Primaten aufweisen. Ein grundsätzlicher Nachteil von Microarray-Expressionsanalysen ist, dass die Genome der untersuchten Spezies bekannt sein müssen, was für die meisten Primatenspezies nicht der Fall ist. Sequenziermethoden stellen hier eine Alternative dar, da sie ohne Vorabinformation über das Genom eine quantitative Transkriptomanalyse ermöglichen. Wir vergleichen mit SuperSAGE (durch Sequenzierung von jeweils 100.000 Tags) die Genexpression im Cortex von Callithrix geoffroyi (Neuweltaffe), Schimpanse und Mensch. Mit SuperSAGE können auch in geringer Anzahl vorhandene Transkripte, bisher unbekannte Gene und Isoformen, und insbesondere auch regulatorische RNAs detektiert werden.
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