Neue Theorie liefert Erklärung für Evolution in den Genen

2. Februar 2011, 12:20
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Vetmed-Forscher beschreibt, warum Anteil an Introns in den Genen zwischen Organismenarten so unterschiedlich ist

Wien - Introns sind Abschnitte von Genen, die im Gegensatz zu so genannten Exons nicht in Proteine übersetzt werden. Beim Ablesen der DNA in der Zelle entsteht zunächst die Boten-RNA, aus der müssen die Intron-Abschnitte erst herausgeschnitten werden, bevor die Zellmaschinerie mit der Herstellung des jeweiligen Proteins beginnen kann. Ursprünglich als genetischer Müll betrachtet, weisen jüngste Forschungsergebnisse Introns eine Rolle in der Regulation von Genaktivität zu. Wie Introns in der Evolution entstanden sind, ist noch nicht restlos geklärt. Eine Forschungsgruppe der Veterinärmedizinischen Uni Wien (Vetmeduni Vienna) hat nun eine neue Theorie dazu entwickelt, wie die Kombination zweier DNA-Reparaturmechanismen den artspezifischen Introngehalt von Genomen hervorbringt.

Manche biologische Arten, wie beispielsweise Hefe oder Kugelfische, haben sehr wenige Introns in ihren Genen, beim Menschen machen Introns ein Drittel des gesamten Genoms aus. Die Frage, warum der Anteil an Introns in den Genen zwischen Organismenarten so unterschiedlich ist, wird unter Forschern seit gut 30 Jahren kontrovers diskutiert.

Neue Hypothese

Die bisher vorherrschende Erklärung für das Auftreten von Introns ist, dass ihr Anteil in den Genomen der Arten einem evolutionären Selektionsprozess unterliegen muss. Ashley Farlow vom Institut für Populationsgenetik der Vetmeduni Vienna hat jetzt jedoch eine alternative Hypothese zur Entstehung von Introns entwickelt, die er in der Zeitschrift Trends in Genetics veröffentlicht hat. Sein Erklärungsmodell geht von der bekannten Tatsache aus, dass die langen doppelsträngigen DNA-Moleküle manchmal auseinanderbrechen und von zwei unterschiedlichen und bereits gut bekannten Reparaturmechanismen wieder zusammengeflickt werden.

Bei dem einen Reparaturmechanismus, so genannten homologen Rekombination, wird die DNA anhand einer Vorlage, der so genannten cDNA, aufwändig rekonstruiert. Eine Spezialität der cDNA ist, dass sie keine Introns mehr enthält, weil diese bei ihrem eigenen Entstehungsprozess schon herausgeschnitten wurden. Nach der Reparatur finden sich die ursprünglich vorhandenen Introns auch in der geflickten DNA nicht mehr. Der andere Reparaturweg besteht aus einem eher simplen und schnellen Zusammenflicken der beiden Enden des Bruchs, dem so genannten Non-Homologous End-Joining. Dabei werden an der Bruchstelle entweder kurze DNA-Stücke wie eine Art Kleber zusätzlich eingefügt, oder es wird auf beiden Seiten so lange DNA weggeschnitten, bis die entstehenden neuen Enden wieder zusammenpassen. Durch die Klebestelle entstehen entweder neue Introns, oder alte Introns gehen durch das Wegschneiden verloren.

Zusammenspiel zweier DNA-Reparaturmechanismen

In der Evolutionsgeschichte gab es Zeiten, die von einer massiven Zunahme an Introns in den Genomen der Lebewesen gekennzeichnet waren. Zu anderen Zeiten nahm die Intronzahl rapide ab. Farlows neue Theorie erklärt diese Dynamik als Folge des Zusammenspiels der beiden DNA-Reparaturmechanismen. So schlägt Farlow vor, dass das Verhältnis, in dem die beiden Reparaturwege aktiv sind, für eine Art charakteristisch ist. Dadurch entstehen die artspezifischen Intronmengen in den Genen. Ashley Farlow dazu: "Die Reparatur von DNA-Brüchen mit dem Zuwachs oder Verlust an Introns zu verbinden, liefert eine sehr plausible Erklärung dafür, wie Intronmengen sich in den Genomen der Arten in evolutionärer Zeit verändert haben könnten. (red)

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    Der DNA-Strang besteht aus Exon, die in Proteine übersetzt werden,  und Introns, die möglicherweise eine Rolle in der Regulation von Genaktivität spielen.  Eine Forschungsgruppe der Vetmeduni Vienna hat nun eine neue Theorie dazu entwickelt, wie die Kombination zweier DNA-Reparaturmechanismen den artspezifischen Introngehalt von Genomen hervorbringt.

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