Evolution von Komponenten des Notch-Signalwegs

Der Notch-Signalweg ist hochkonserviert in allen Eumetazoen. Es gibt jedoch in Drosophila einige Besonderheiten, die man in dieser Form z.B. im Säuger nicht findet. Dazu gehört der umfangreiche Genkomplex E(spl)-C, der die meisten derzeit bekannten Notch-Zielgene enthält. Sieben dieser Gene kodieren für nahverwandte bHLH-Transkriptionsrepressoren, die partiell redundant wirken. Trotzdem ist der gesamte Komplex in der Evolution der Drosophiliden hochkonserviert (Maier et al. 1993, Schlatter & Maier 2005). Jedoch zeigen sich bereits bei Moskitos, die wie Drosophila zu den Dipteren gehören, eine starke Vereinfachung des Komplexes, was sich in der Honigbiene (eine Hymenoptere) bestätigt. Hier findet man einen Urkomplex aus nur zwei Genen (ma und mb Typ), die die beiden prominenten Genklassen des Komplexes repräsentieren (Schlatter & Maier 2005). Offenbar entstand der Genkomplex im Laufe der Evolution durch Genduplikation der einzelnen Mitglieder.

Eine weitere Besonderheit der Drosophiliden ist der Notch-Antagonist Hairless. Seine Funktion besteht darin, um das DNA-Bindeprotein Su(H) einen Repressorkomplex aufzubauen und somit die Notch-Zielgene stillzulegen. Obwohl die Su(H)-Protein-Orthologen zwischen Maus und Fliege ca. 80% Identitäten aufweisen, findet sich kein Hairless-ähnliches Protein im Säuger. Dies lässt sich dadurch erklären, dass sich Hairless offenbar im Laufe der Evolution sehr rasch verändert hat (Marquart et al., 1999). Tatsächlich findet sich in der Honigbiene ein Hairless Protein, das nur ca. 1/3 der Größe des Fliegenproteins aufweist. Erstaunlicherweise kann es trotzdem einen Großteil der Funktion des Fliegen-Hairless übernehmen und den Notch-Signalweg in der Fliege reprimieren (Maier et al. 2008). Derzeit untersuchen wir die Struktur von Hairless Homologen in anderen Arthropoden, um die wichtigsten Elemente aufzuspüren. Wir postulieren, dass ein Hairless-ähnliches Protein im Säuger vorkommt, das die prinzipiellen Hairless-Funktionen wahrnimmt, jedoch aufgrund seiner abweichenden Struktur bisher noch nicht entdeckt wurde.