Tilbake til søkeresultatene

FRIMEDBIO-Fri prosj.st. med.,helse,biol

Regulatory RNA and the origin of multicellularity

Tildelt: kr 3,6 mill.

Overgangen fra encellet til flercellet liv er blant de største hendelsene i livets historie. Men det er også en hendelse vi vet svært lite om. Vi vet at flercellet liv har utviklet seg fra encellede forfedre en rekke ganger. For eksempel planter, dyr og sopp har alle utviklet seg fra encellede organismer. Men hvilke genetiske mekanismer eller nyvinninger som gjorde dette mulig hos akkurat disse gruppene er ukjent. Forskningen på evolusjonen av flercellethet har for det meste dreid seg om å identifisere gener som kan forklare denne overgangen. Stort sett har dette betydd å finne gener som utelukkende eksisterer hos flercellede grupper. Dette gjaldt for eksempel et sett med gener involvert i kommunikasjon mellom celler som man lenge bare hadde funnet hos dyr. Men etter som flere og flere av de encellede slektningene til dyrene ble genomsekvensert fant man at disse genene hadde oppstått allerede før det første flercellede dyret. Slike eksempler har det bare blitt flere og flere av og vi har i dag ikke noe klart bilde av hvilke gener som er nødvendig for å lage en flercellet organisme. Derfor har vi i dette prosjektet lett utenfor genene, i det som populært omtales som junk-DNA, eller søppel-DNA. Søppel-DNA (de områdene i arvestoffet som ikke er gener i tradisjonell forstand) har fått mye oppmerksomhet de seneste årene. I hovedsak skyldes dette ny teknologi som gjør det mulig å studere alt RNA (de aktive delene av arvestoffet), og ikke bare det som kommer fra genene. Dette har ført til at man har oppdaget en rekke nye "gener". Disse nye genene tror man spiller en svært viktig rolle i å regulere hvordan ?vanlige? gener brukes. For eksempel så er de blitt vist å spille en essensiell rolle for embryoutviklingen hos dyr. Men så langt er det bare modellorganismer som mus og zebrafisk som er blitt systematisk undersøkt for slike "regulatoriske RNA-gener". Og vi vet derfor ikke om dette er noe som oppstod sent i dyreevolusjonen og derfor bare finnes hos "avanserte dyr", eller om slike regulerende gener også var tilstede kanskje så tidlig som i det første flercellede dyret? Vi har i dette prosjektet studert svampen Sycon ciliatum og ribbemaneten Mnemiopsis leidyi som tilhører de to dyregruppene man tror var de første som utviklet seg. I tillegg har vi studert den encellede arten Sphaeroforma arctica som er en av de nærmeste slektningene til dyrene og som tilhører en gruppe arter som var på jorden før dyrene. Det første vi gjorde var å lete gjennom alt det uttrykte RNAet fra svampen og identifiserte et sett med gener som potensielt kunne være slike nye regulatoriske RNA-gener. Disse var at typen "long intergenic non-coding RNAs (lincRNAs)". For å tilnærme oss en mulig funksjon til disse lincRNAene undersøkte vi uttrykket av disse, hvordan de brukes, under embryoutviklingen. Dette gjorde vi blant annet gjennom å visualisere i hvilke celler disse lincRNAene var aktive. I tillegg kunne vi vise at hvert stadie av embryoutviklingen var kjennetegnet av en unik "pool" med lincRNAer. Og disse lincRNAene var i tillegg en del av gen-nettverk med andre tidligere kjente utviklingsgener. Vår hypotese er at lincRNAer oppstod svært tidlig i evolusjonen, sannsynligvis lenge før flercellede dyr, og at slike regulatoriske RNA-er også ble brukt av de "enklere" encellede organismene. Dette arbeidet er publisert i Proceedings B (http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/282/1821/20151746). Deler av materialet som ble opparbeidet i forbindelse med studien ovenfor inngikk også i en komparativ studie av uttrykket av kjente utviklingsgener i svamper og andre dyr. Her viste vi at svamper og andre dyr utvikler kroppsbygningen på samme måte og at dette derfor er et trekk som er nedarvet helt fra dyrenes felles stamfar. Denne studien ble i hovedsak ledet av Maja Adamska ved Sars-senteret i Bergen og er publisert i Nature Communications. For å følge opp arbeidet på lincRNAer i svamper har utvidet dette til ribbemanetene for å undersøke om disse resultatene også gjelder for andre basale dyregrupper. Finner vi lincRNAer også i ribbemanetene? Og er disse de samme som hos svampene? Vi har også studert andre typer regulatorisk RNA. I Sphaeroforma har vi lett etter en type svært viktige små RNA-fragmenter som kalles mikroRNA (miRNA). miRNA er svært viktig for å finjustere bruken av andre gener hos blant annet mennesker, og feil blant miRNA har blant annet blitt funnet hos enkelte krefttyper. Både dyr og planter har miRNA, men man tror at disse har oppstått uavhengig av hverandre og de har derfor blitt koblet opp mot utviklingen av flercellethet. Men vår hypotese er at slike miRNAer var tilstede allerede hos forfedrene til dyrene, og at også disse brukte miRNAer til å regulere genuttrykket. Vi har lett blant de korteste RNA-bitene hos Sphaeroforma og har identifisert gener vi mener kan være forløperne til miRNA hos dyr.

One of the most important evolutionary transitions in the history of life was the evolution of multicellular animals and fungi from unicellular eukaryotes. Despite this transition has been one of the most complex and profound among eukaryotes, the underly ing genetic changes of this giant leap in evolution are very much unclear. In contrast to earlier works, which focused on changes of protein coding genes, we are in the proposed project investigating alteration of gene regulation by means of small regulat ory RNAs. In recent years we have seen an increased awareness of non-coding RNA in animals and fungi. These function as regulators of gene expression, which have been found to be important for embryonic stem cell differentiation, cell proliferation, apop tosis and metabolic regulation. Hence, small regulatory RNA is vital for the development of complex body plans. A few non-coding RNAs have also been identified in pre-metazoan and pre-fungal eukaryotes, but as only a few species have so far been investiga ted, it is still a big gap in our knowledge of the processes underlining the evolution of animal and fungal multicellularity. This project aims at investigating the role of regulatory RNA in the evolution of multicellularity by comparing the genomes and R NA repertoire in unicellular relatives of animals and fungi (i.e. Choanozoa). As these two groups evolved multicellularity independently from different unicellular ancestors, these comparisons will reveal lineage-specific changes such as gene losses, expa nsions, lateral gene transfers and functional changes. The requested project will apply a combination of bioinformatic and RNA sequencing approaches to obtain a comprehensive understanding of the diversity and evolution of regulatory RNA elements within C hoanozoa and thereby also its contribution to the evolution of multicellularity.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

FRIMEDBIO-Fri prosj.st. med.,helse,biol

Finansieringskilder