34.3.2.3 Master-Regulator-Gene: viele Solisten oder ein Orchester?

Das Vertebratenhomolog von eyeless ist Pax-6. Das eyeless-Gen wurde im Labor von W. Gehring in Basel isoliert und gehört zu einer Familie von Transkriptionsfaktoren, die sowohl eine Homöobox als auch eine Paired Box aufweisen (s. Kap. 8 und 33). Aus der Bildung ektopischer Augen durch die Fehlexpression des eyeless- oder Pax-6-Gens in Drosophila (Abb. 34-19) lassen sich verschiedene wichtige Folgerungen ableiten:

• Das Entwicklungsschicksal der Imaginalscheiben ist nicht a priori determiniert, sondern bis zu einem gewissen Zeitpunkt beeinflußbar. Das bedeutet allerdings auch, daß diese Vorläuferorgane die Kompetenz und somit die molekulare Ausstattung besitzen müssen, um auf verschiedene Faktoren reagieren zu können.
• Die Verwendung von hierarchisch organisierten Wirkmechanismen bedingt das Vorhandensein eines oder weniger Moleküle, die an der Spitze der Hierarchie stehen und somit entscheidenden Einfluß auf ganze Entwicklungsabläufe haben. eyeless ist hierfür ein prägnantes Beispiel. Die Fehlexpression eines einzigen Gens verändert und determiniert das Schicksal eines ganzen Organs. Solche Gene bezeichnet man auch als Master-Regulator-Gene.
• Da auch das Vertebratengen Pax-6 in der Lage ist, ektopische Komplexaugen in Drosophila zu induzieren, kann dieser speziesfremdeTranskriptionsfaktor also noch immer die richtigen nachgeschalteten Gene aktivieren. Dies zeigt eindeutig die hohe Konservierung der molekularen Wirkkaskade, was gerade bei der Augenentwicklung als große Überraschung empfunden wurde.

Weiterhin wurde in allen untersuchten Metazoen mit Augen das Pax-6-Gen gefunden. Diese Befunde stützen die Hypothese, daß die Photosensibilität aller Tiere auf einen gemeinsamen primitiven und somit monophyletischen Ursprung zurückzuführen ist, eventuell auf die erstmalige Differenzierung von Sehzellen. Als weiteres Argument hierfür kann ins Feld geführt werden, daß es neben eyeless noch eine Reihe von Genen gibt, die im Vertebratenauge einen homologen Partner haben und daß auch die Opsine aller Augentypen, die Proteinkomponenten der Rhodopsine, eine Proteinfamilie bilden.

Das Konzept der Master-Regulator-Gene wurde in den vergangenen Jahren sehr populär, hat aber mittlerweile auch einige Kritiker gefunden. Die Stellung von eyeless wurde jüngst durch die Charakterisierung des dachshund(dac)-Gens in Frage gestellt. dachshund codiert für ein neuartiges nucleäres Protein und seine Fehlexpression induziert ebenfalls ektopische Augen. Weiterhin wird eyeless zwar in dachshund-Mutanten exprimiert, kann dort aber keine Augen induzieren (das reverse Experiment steht leider noch aus, denn es gibt keine eyeless-Nullmutanten). eyeless induziert die Expression von dachshund. Dies alles spricht für eine Stellung von dachshund zwar weit oben in der Hierarchie, aber doch unterhalb von eyeless. Interessanterweise induziert aber auch dachshund die Expression von eyeless und dieser Befund gibt Anlaß zur Frage, ob eyeless wirklich allein und ausschließlich der "Meister der Augen" ist.

Noch weiß man sehr wenig über Gene, die eyeless in vivo induzieren könnten oder über die molekularen Prozesse, die durch eyeless ausgelöst werden. Für das Wirkgefüge, innerhalb dessen eyeless operieren könnte, werden neben dachshund noch verschiedene weitere Gene diskutiert: twin of eyeless (toy), eyes absent (eya), sine oculis (so), sowie cubitus interruptus (ci).