mir-8 Cluster

Übersicht über das Cluster

Das mir-8 Cluster besteht laut Namensgebung aus vier miRNA-Familien: mir-8, mir-141, mir-200 und mir-429. Allerdings wurde entdeckt dass alle Familien von einander abstammen. Dabei fungiert die mir-8 als ursprüngliche microRNA und alle anderen sind im Laufe der Evolution daraus entstanden. Man findet in allen Vertretern der Deuterostomia Spuren dieser Familien und auch in den Protostomia kommen sie, wenn auch deutlich weniger, vor. Der voerst fertige, Deuterostomia spezifische, Cluster enstand schon vor den beiden Genomduplikationen, wobei diese keinen Einfluss auf den Aufbau hatten. Nach der Enstehung der Mammalia kam es dann zu einem genomweiten Umbau und zu großen Neuordnungen im Genom sodass eine unvollständige 2. Kopie entstand.

Das Sequenzfile mit genomischen Positionen sowie die Bäume des Cluster und der Mature-RNAs sind hier verfügbar:
Fasta des Clusters | Baum des Cluster | Baum der Mature

Evolutionäre Geschichte

Abbildung: Aufbau des mir-8 Clusters
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Die Rekonstruktion der Evolutionsgeschichte gestaltete sich bei diesem Cluster etwas schiwerig, da in relativ vielen Arten der basalen Deutorostomia zunächst keine bzw. nur sehr wenige miRNAs dieses Clusters gefunden wurden. Zahlreiche miRNAs wurden per Hand im Trace Archive der NCBI geblastet, wobei diese Genome noch nicht vollständig assembliert sind und es somit noch sein kann, dass die dargestellten Cluster noch nicht der Wirklichkeit entsprechen. Dennoch konnte man anhand des phylogenitischen Baumes des Clusters sehr gut die Verwandschaftsbeziehungen der einzelnen microRNAs nachvollziehen. So ist deutlich zu erkennen dass die anzestrale RNA eine mir-8 gewesen sein muss, die noch heute in den Protostomia in dieser Form vorkommt. Ausgehend von dieser 'Urform' kam es nach Abspaltung der Hemichordaten zu einer ersten Clusterduplikation an deren Ende ein Cluster mit der mir-429 und mir-200a stand. Demenstprechend hat man in Organismen wie S.kowalevskii und S.purpuratus nur eine miRNA gefunden, diese hatte sich allerdings schon ein wenig von der Urform entfernt. Die 2.Clusterduplikation, bei der sich die mir-429 duplizierte und die mir-200b entstand, muss vor der Abspaltung der Urchordaten geschehen sein. Denn im Oikopleura dioica und in der Gattung Ciona tauchen 3 verschiedene microRNAs auf.
Durch die lange individuelle Entwicklung dieser und anderer früher Organismen ist es nicht verwunderlich dass die entdeckten Sequenzen vorallem im Bereich des Loops und der Mature-star-Region deutliche genomische Veränderungen aufweisen. Des Weiteren gab es sogar in der Mature Region kleine Mutationen, ohne aber an der Familie der RNA zweifeln zu können. Um trotz dieser teils großen Differenzen eine zuverlässliche Aussage über die Art der jeweiligen miRNA treffen zu können wurde noch ein Alignment der Maturesequenzen angefertigt, da diese Bereiche ja einer starken Konservierung unterlegen sind. Anhand dieses Baumes ließ sich vorallem die frühe Evolutionsgeschichte sehr gut rekonsturieren.So erkennt man aber auch deutlich, dass die in der miRBase annotierten csa-mir-200a und cin-mir-200a in Wirklichkeit der mir-200b zugeordnet werden muss. Die Sequenzen der frühen Deuterostomia ließen sich alle einer bestimmten mir-Gruppe zuordnen, sodass man mit relativ hoher Wahrscheinlichkeit davon ausgehen kann dass der Cluster den Grundaufbau, wie nach der 2.Clusterduplikation beschrieben, hatte. Selbst die beiden in der Evolution folgenden Genomduplikationen änderten am Cluster nichts, sodass davon ausgegangen werden muss, dass jeweils die zusätzliche Kopie gleich wieder verloren ging. Dies wird durch die gefundenen Sequenzen im Neunauge und im Hai bestätigt, die jeweils keine Anzeichen eines Duplikats erkennen lassen. Die Teleost Fische durchliefen noch eine spezifische Genomduplikation, sodass es nicht verwundert zumindest im Danio rerio eine komplette Kopie zu finden. Alle anderen Teleostei verloren demnach dieses Duplikat wieder. Die wirklich interessante Entwicklung geschah aber erst nach der Trennung der Theria von den Protheria und den Saurpsida, denn in allen Gattungen der Theria taucht der Cluster mit einer unvolständigen Kopie auf einem spereaten Chromosomen auf. Die ist ein erstes Indiz dafür dass diese Kopie ein Ergebniss eines Mammaliaspezifischen genomweiten Rearrangements ist. D.h zu dieser Zeit fanden große Umlagerungen, Verschiebungen und Duplikationen im gesamten Genom statt, sodass durchaus solch eine Entwicklung zu erklaeren ist. Beim Homo sapiens liegen zumal beide Kopien in einer genomischen sehr aktiven Region. Der ursprüngliche Cluster auf dem Chromosomen 1 liegt sehr nah an der Telomerregion, sodass es durchaus sein kann dass sich Teile davon auch an andere Positionen oder Chromosomen kopierten. Die 2.Kopie befindet sich auf Chromosomen 12, auch nah am Telomer und in der Nähe gibt es viele Bereiche die vermutlich von anderen Chromosomen kopiert wurden, was eventuell die Ursache für das Entstehen dieses Dulikats ist. Es bleibt noch zu erwähnen dass in allen Primaten, bis auf den Menschen, die mir-200b verloren gegangen ist. Die letzten Veränderungen des Clusters, nach Abspaltung der Protheria, bedarfen einer genaueren Untersuchung, da über solche Ereignisse noch wenig bekannt ist.