Spatiotemporale Genexpression Die spatiotemporale Genexpression räumlich zeitliche Genexpression bezeichnet die zeitlich

Die spatiotemporale Genexpression (‚räumlich-zeitliche Genexpression‘) bezeichnet die zeitlichen und räumlichen Unterschiede der Genexpression in den verschiedenen Zelltypen während der Entwicklung eines Organismus.

Muster der Genexpression in Drosophila melanogaster.

Eigenschaften Bearbeiten

Im Gegensatz zu den ständig aktiven Haushaltsgenen werden induzierte Gene nur zu bestimmten Zeitpunkten aktiviert. Die Steuerung der Genexpression erfolgt unter anderem durch Zell-Zell-Kontakte, durch Veränderung des Zytoskeletts und der extrazellulären Matrix und durch Gradienten von verschiedenen Agonisten und Antagonisten. Die Einleitung der Genexpression erfolgt durch eine Bindung von Transkriptionsfaktoren an den Promotor. Die Zellabstammung der unterschiedlichen Zelltypen in den unterschiedlichen Geweben beruht auf der spatiotemporalen Genexpression.

Methoden Bearbeiten

Expression von GFP unter dem gamma-Crystalline-Promotor in den Augen

In-situ-Hybridisierung von Genen in Arterien (oben) und Venen (unten) beim Zebrafisch

Zur Identifikation der zeitlichen Aktivierung eines Promotors kann ein Reportergen hinter den zu untersuchenden Promotor eingefügt werden, z. B. per Enhancer-Trap-Methode. Die räumliche Verteilung der Genexpression eines bestimmten Gens in einem Organismus kann durch eine In-situ-Hybridisierung mit der mRNA oder durch Immunhistochemie des Proteins untersucht werden. Da beide Methoden unterschiedliche Fehlerquellen besitzen, werden sie oftmals parallel durchgeführt. Bei fluoreszenten Reporterproteinen kann auch die Fluoreszenzmikroskopie oder die Fluoreszenztomographie verwendet werden.

Eine zeitlich begrenzte Genexpression kann durch induzierbare Promotoren mit Induktoren erzielt werden, die sonst nicht im Organismus vorkommen, z. B. Tetracyclin, Mifepriston oder per Optogenetik. Mit MicroRNA kann die Genexpression zeitlich begrenzt unterdrückt werden.

Literatur Bearbeiten

G. Yang: Bioimage informatics for understanding spatiotemporal dynamics of cellular processes. In: Wiley interdisciplinary reviews. Systems biology and medicine. Band 5, Nummer 3, 2013 May-Jun, ISSN 1939-005X, S. 367–380, doi:10.1002/wsbm.1214, PMID 23408597.

Weblinks Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

E. Sparks, G. Wachsman, P. N. Benfey: Spatiotemporal signalling in plant development. In: Nature Reviews Genetics. Band 14, Nummer 9, September 2013, S. 631–644, doi:10.1038/nrg3541, PMID 23949543, PMC 3870141 (freier Volltext).
M. A. Kinney, T. C. McDevitt: Emerging strategies for spatiotemporal control of stem cell fate and morphogenesis. In: Trends in biotechnology. Band 31, Nummer 2, Februar 2013, S. 78–84, doi:10.1016/j.tibtech.2012.11.001, PMID 23219200, PMC 3557560 (freier Volltext).
C. C. Valley, K. A. Lidke, D. S. Lidke: The spatiotemporal organization of ErbB receptors: insights from microscopy. In: Cold Spring Harbor perspectives in biology. Band 6, Nummer 2, Februar 2014, a020735, doi:10.1101/cshperspect.a020735, PMID 24370847.

[1] E. Sparks, G. Wachsman, P. N. Benfey: Spatiotemporal signalling in plant development. In: Nature Reviews Genetics. Band 14, Nummer 9, September 2013, S. 631–644, doi:10.1038/nrg3541, PMID 23949543, PMC 3870141 (freier Volltext).

[2] M. A. Kinney, T. C. McDevitt: Emerging strategies for spatiotemporal control of stem cell fate and morphogenesis. In: Trends in biotechnology. Band 31, Nummer 2, Februar 2013, S. 78–84, doi:10.1016/j.tibtech.2012.11.001, PMID 23219200, PMC 3557560 (freier Volltext).

[3] C. C. Valley, K. A. Lidke, D. S. Lidke: The spatiotemporal organization of ErbB receptors: insights from microscopy. In: Cold Spring Harbor perspectives in biology. Band 6, Nummer 2, Februar 2014, a020735, doi:10.1101/cshperspect.a020735, PMID 24370847.