Springlebendig im Genom

Im menschlichen Erbgut wimmelt es vor DNA-Abschnitten, die nichts anderes können, als sich im Genom auszubreiten. Nicht zuletzt dank dieser Fähigkeit konnten die nutzlosen und mitunter sogar schädlichen Sequenzen Millionen Jahre der Selektion überstehen, haben amerikanische und deutsche Forscher ermittelt. Ein beträchtlicher Teil der alten “Parasiten” ist demnach noch heute aktiv.

Foto: Steffen Dietzel (Creative Commons Attribution SA2.5)

Allein von den rund 1,1 Million Kopien des Alu-Elements im menschlichen Genom sind etwa 10.000 jederzeit in der Lage, sich an eine weitere Stelle im Erbgut kopieren zu lassen, schätzen Scott Devine von der Emory University in Atlanta und seine Kollegen. Je nachdem, wo eine solche Kopie eingefügt wird, kann sie Gene oder zumindest deren Aktivität verändern. Was aus Sicht der Evolution den Variantenreichtum erhöht, kann im Einzelfall allerdings Stoffwechselstörungen, Krebs und andere Erkrankungen nach sich ziehen.

Das Alu-Element entstand vermutlich vor 65 Millionen Jahren in den Ahnen der Primaten auf und hat sich seitdem so rege vermehrt, dass es heute gut 10 Prozent des menschlichen Genoms ausmacht. Im Laufe der Zeit sollten viele dieser Kopien durch Mutation stillgelegt worden sein. Rund 37.000 Kopien weisen aber auch heute noch eine gewisse Restaktivität auf, schätzen Devine und Kollegen, darunter auch Wissenschaftler des Tübinger Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie.

Die Forscher wandten einen raffinierten Trick an, um den Anteil der aktiven Alu-Kopien zu bestimmen. Zunächst wählten sie aus den 89 Alu-Familien jeweils einen Vertreter aus. Dessen Sequenz verknüpften sie mit einem Gen, das resistent gegen einen giftigen Wirkstoff macht, und schleusten das Konstrukt in Form kleiner DNA-Ringe in Kulturzellen ein. Einige Zeit später gaben sie den Wirkstoff hinzu. Nur solche Kulturen, in denen das Alu-Element samt Resistenzgen von dem Ring in das Genom gesprungen war und daher an die Tochterzellen vererbt wurde, überstanden diese Behandlung.

Erwartungsgemäß sind stammesgeschichtlich jüngere Alu-Varianten häufiger aktiv als ältere, berichten die Forscher im Fachblatt “Genome Research”. Ob ein Alu-Element aktiv ist oder nicht, scheint zudem davon abzuhängen, wie gut es mit einem Protein-RNA-Komplex interagieren kann, der membranständige Proteine herstellt und aus dem das Alu-Element ursprünglich hervorgegangen sein dürfte.

Forschung: E. Andrew Bennett und Scott E. Devine, Department of Biochemistry, School of Medicine, Emory University, Atlanta; Heiko Keller und Oliver Weichenrieder, Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie, Tübingen; und andere

Veröffentlichung Genome Research, DOI 10.1101/gr.081737.108

WWW:
Devine Lab, Emory University
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