Zellbiologie Zwei mickrige RNAs formen Fadenwurm aus Zellklumpen

Der Fadenwurm ist ein Musterbeispiel für die Beschränkung aufs Wesentliche: Es braucht nur zwei seiner 150 Mikro-Ribonukleinsäuren (RNA), damit sich aus einem Zellklumpen ein wohlgeformter Caenorhabditis elegans entwickelt.

Diese beiden winzigen Stückchen aus der Erbinformation RNA sorgen offensichtlich für die zeitgerechte Steuerung der Aktivität der wichtigsten Entwicklungsgene. Das berichten Forscher des Instituts für Molekulare Pathologie (IMP) in Wien im Fachjournal «Current Biology».

Die Buchstabenabfolge (Nukleotidsequenz) der Mikro-RNAs ist spiegelbildlich zu Genen, an die sie dadurch binden können, um sie zu bestimmten Zeitpunkten stillzulegen. Es war schon bekannt, dass sie bei Pflanzen und Tieren für die Embryo-Entwicklung unverzichtbar sind.

Ohne RNA geht gar nichts mehr

Philipp Dexheimer, Jingkui Wang und Luisa Cochella vom IMP in Wien schalteten in Fadenwürmern eine Maschine namens «Mikroprozessor-Komplex» aus, die sämtliche Mikro-RNAs aus deren langen Vorlagen ausschneidet. Bei Fadenwürmern sind dies rund 150 Stück.

Für die Embryo-Entwicklung war dies fatal, die befruchteten Eier endeten ohne Gensteuerung durch Mikro-RNAs «als blosse Zellklumpen ohne definierte Strukturen oder dem Ansatz eines Körperbaus», erklären die Forscher in einer Aussendung.

148 RNAs werden erst am Schluss wichtig

Doch als sie bloss zwei der hundertfünfzig Mikro-RNAs künstlich wieder in die Fadenwürmer brachten, entwickelten sich die Embryos zu ganz normal aussehenden Larven. «Die beiden Mikro-RNAs haben wir nicht ganz zufällig ausgewählt: Von beiden gibt es sehr viel in den sich entwickelten C. elegans Würmern, und sie sind evolutionär sehr alt», berichten die Forscher. Es handelt sich dabei um die jeweils 22 bis 23 RNA Buchstaben (Nukleotide) langen Mikro-RNAs «miR-35» und «miR-51».

«Wir wollen aber nicht den Eindruck hinterlassen, dass die anderen Mikro-RNAs komplett unnötig sind», erklärte Cochella in einem Video zur Fachpublikation: «Wir glauben, dass sie gegen Ende der Embryo-Entwicklung superwichtig sind». Manche davon wären etwa für die korrekte Ausbildung der unterschiedlichen Zelltypen nötig.

Fadenwurm – Vorbild für Künstliche Intelligenz

Der Fadenwurm C. elegans ist aufgrund seiner Zellkonstanz (Eutelie) ein beliebtes Versuchstier der Genetiker, ein Modellorganismus. Er ist bekannt für seine beispiellose Fähigkeit, sich aufs Wesentliche zu beschränken. Mit den lediglich 302 Neuronen seines Nervensystems vermag er recht komplexe Aufgaben zu lösen.

Technologen nehmen sich den Fadenwurm beispielsweise zum Vorbild, um die Komplexität künstlicher Neuronennetze zu reduzieren und so einfachere und gleichzeitig leistungsfähigere Modelle Künstlicher Intelligenz zu entwickeln.

*Fachpublikationsummer https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.09.066