Medaka-Fische, denen funktionelle Hmgn2-Gene fehlen, sind nicht in der Lage, zwischen einfachen Formen zu unterscheiden, was eine neue Funktion des regulatorischen Gens offenbart.
Der Medaka, auch bekannt als Japanischer Reisfisch (Oryzias latipes), ist ein Modellorganismus für die Biologie und ein beliebter Aquarienfisch. Da es sich um einen Modellorganismus handelt, wurde viel geforscht, um alle Aspekte des Medaka zu verstehen, aber es bleibt noch viel zu tun, insbesondere im Bereich der Genetik.
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Assistenzprofessorin Saori Yokoi von der Fakultät für Pharmazeutische Wissenschaften der Universität Hokkaido hat bei Medaka-Pilzen eine evolutionär besondere Variante des Gens Hmgn2 entdeckt, die die Formpräferenz der Art beeinflusst. Ihre Erkenntnisse wurden veröffentlicht in der Zeitschrift Kommunikationsbiologie.
„Wir haben diese Hmgn2-Variante, oHmgn2, im Rahmen unserer Forschung zur Identifizierung von Genen mit unbekannter Funktion im Gehirn von Medakas identifiziert“, erklärt Yokoi. „HMGN-Proteine spielen eine entscheidende Rolle bei der Chromatin-Umgestaltung und der Regulierung der Genexpression bei anderen Wirbeltieren.“
Formpräferenzen von Wildtyp-Medaka (WT) gegenüber oHmgn2-Knockout-Mutanten (ohmgn2-Mutante) in einem Y-Labyrinth mit Dreiecken in einem Arm (blau) und Kreisen im anderen (rosa). Der WT-Medaka zeigt eine Vorliebe für Dreiecke gegenüber Kreisen und verbringt mehr Zeit in diesem Arm des Labyrinths, während der ohmgn2-Mutant fast gleich viel Zeit in beiden Armen des Labyrinths verbringt. Video wird mit 8-facher Geschwindigkeit abgespielt. Bildnachweis: Saori Yokoi
oHgmn2 wurde ausgewählt, da es sich um ein unbekanntes Gen handelte, das charakteristischerweise in Medaka-Gehirnen exprimiert wurde. Nachdem bestätigt worden war, dass das Gen für ein HMGN-Protein kodierte, zeigte die Sequenzierung der oHmgn2-RNA, dass es 99 Basenpaare kürzer war als Hmgn2 von anderen Wirbeltieren. Eine evolutionäre Analyse bestätigte, dass oHmgn2 eine einzigartige Variante war.
„Der auffälligste Unterschied war das Vorhandensein von oHmgn2 im Nukleolus, der Region im Zellkern, in der die Transkription von DNA zu RNA stattfindet“, erläutert Yokoi. „Es wird angenommen, dass oHmgn2 im Vergleich zur typischen Interaktion eine schwächere Interaktion mit DNA-bindenden Proteinen, den sogenannten Histonen, aufweist, was seine Verteilung erklärt.“
Die Expression von oHmgn2 ist in den neurogenen Regionen des Gehirns lokalisiert, und das Team fand Hinweise darauf, dass es an der Funktion neuronaler Vorläuferzellen beteiligt ist. Knockout-Studien zeigten, dass der Mangel an funktionellem oHmgn2 die Entwicklung des Telencephalons beeinträchtigte – der Gehirnregion, die beim Menschen dem Großhirn/Frontallappen entspricht.
Besonders interessant ist, dass der Wildtyp-Medaka Dreiecke gegenüber Kreisen bevorzugt und mehr Zeit in diesem Arm des Labyrinths verbringt, während der oHmgn2-Knockout-Medaka fast gleich viel Zeit in beiden Armen des Labyrinths verbringt – was auf Defizite bei der Fähigkeit zur Formerkennung hindeutet.
„Unsere Studie hat gezeigt, dass das oHmgn2-Gen eine Schlüsselrolle in der molekularen Evolution der Gehirnentwicklung und des kognitiven Verhaltens bei den Medaka spielt“, schließt Yokoi. „Zukünftige Arbeiten werden sich auf das Verständnis der Mechanismen konzentrieren, durch die oHmgn2 die Formerkennung bei Medaka beeinflusst.“
Weitere Informationen:
Shuntaro Inoue et al., Eine evolutionär unterschiedliche Hmgn2-Variante beeinflusst die Formerkennung beim Medaka-Fisch, Kommunikationsbiologie (2024). DOI: 10.1038/s42003-024-06667-8