LOEWE Zentrum für
Insektenbiotechnologie
& Bioressourcen

Funktionelle Charakterisierung von micro-RNAs

Dr. Eileen Knorr

Tribolium castaneum

Prozesse wie Immun- oder Stressantwort in Vertebraten erfordern, aufgrund ineinander geschalteter Interaktionen oder redundant arbeitender Proteine, komplexe Untersuchungsmethoden. Da viele Entwicklungs- und Immunsignalwege in Insekten und Vertebraten hoch konserviert sind, bieten Insekten die Möglichkeit, diese Mechanismen in einem einfacheren System zu untersuchen.

Der Rotbraune Reismehlkäfer Tribolium castaneum (siehe Tribolium-Entwicklungsstadien links) ist zu einem der zentralen Modellsysteme in der Evolutions- und Entwicklungsbiologie von Insekten avanciert. Neben einem sequenzierten Genom bietet Tribolium die Vorteile einer kurzen Generationszeit, hoher Fertilität und einer einfachen Laborhaltung.

Weiterhin können mittels Transposon-basierter Keimbahn-Transformation Tribolium-GFP-Stämme erzeugt werden, welche die Phänotyp-Analyse erleichtern. Darüber hinaus ist Tribolium ein etabliertes Modell für stabile und systemische RNA-Interferenz (RNAi), einen spezifischen post-transkriptionalen Gen-Stilllegungs-Mechanismus, der durch doppelsträngige RNA (dsRNA) induziert wird. RNAi ist eines der wichtigsten Werkzeuge für funktionelle Studien einzelner Gene, da der resultierende Phänotyp in Zusammenhang mit dem Funktionsverlust des Zielgens steht. In Tribolium kann RNAi in jedem Gewebe durch Injektion von dsRNA in die Köperhöhle ausgelöst werden. Diese Methode wurde bereits erfolgreich eingesetzt, um eine Vielzahl physiologischer Prozesse zu untersuchen wie hormonelle Signalübertragung oder die Ausbildung der Cuticula.

 

1. Immunantwort der Insekten

Insekten repräsentieren die artenreichste Tiergruppe mit mehr als einer Million beschrieben Arten, die in nahezu allen terrestrischen Habitaten angesiedelt sind. Einer der Gründe für ihren enormen Erfolg kann in ihrem wirksamen und hochentwickelten Immunsystem gesehen werden, wenngleich dieses nur auf eine angeborene Immunantwort beschränkt ist.

Unser Fokus

Wir sind an der Identifikation unterschiedlicher Immungene von T. castaneum interessiert. Eine bioinformatische Analyse anhand des sequenzierten Tribolium-Genoms und bekannter Immungene anderer Insekten ist bereits durchgeführt worden. Die Suche nach Genen in Genom- oder EST-Datenbanken erlaubt jedoch nur die Identifikation bereits bekannter Gene. Daher führen wir experimentelle Ansätze wie die suppression subtractive hybridization (SSH) Methode durch, welche besonders geeignet ist, unerwartete und neue Gene zu identifizieren. Anschließend werden die so ermittelten Gene mit Hilfe der RNAi funktionell charakterisiert.

2. micro-RNAs

microRNAs (miRNAs) sind ca. 22 Nukleotide lange nicht-kodierende RNAs die in nahezu allen Lebewesen vorkommen. Ihre Hauptfunktion ist die post-transkriptionale Regulation der Genexpression durch Basenpaarung mit den 3′-untranslatierten Bereichen der messenger RNA. Dabei kann eine einzelne miRNAhunderte von unterschiedlichen Zielgenen kontrollieren. Weiterhin wird angenommen, dass mehr als 30 Prozent der Gene in Tieren von miRNAs kontrolliert werden. Demzufolge spielen miRNAs eine wichtige Rolle in einer Vielzahl biologischer Prozesse.

Unser Fokus

Bis heute sind seit ihrer Entdeckung vor 20 Jahren tausende von miRNAs identifiziert worden, wobei es sich bei den meisten allerdings nur um computergestützte Vorhersagen handelt. Daher beschäftigen wir uns mit der Expressionsanalyse sowie der funktionellen Charakterisierung von miRNA des Modellkäfers Tribolium castaneum. In einem ersten Microarray-Experiment haben wir die Änderung in der miRNA-Expression in Abhängigkeit unterschiedlicher Stressoren wie Hunger, Infektionen oder Hitzeschock analysiert. Mit diesem Ansatz konnte zum ersten Mal eine differentielle und geschlechtsspezifische miRNA-Expression in Abhängigkeit von Umweltstressoren gezeigt werden. Die weitere funktionelle Charakterisierung einzelner miRNAs und die Identifizierung ihrer möglichen physiologischen Zielgene ist Teil zukünftiger Projekte.