Homologe Gene Homologe Gene erkennen sich bereits von Weitem

Ein mathematisches Modell zeigt, dass sich homologe Gene anhand ihrer Struktur erkennen, noch bevor sich die DNA-Doppelstränge auftrennen und austauschen.

Anbieter zum Thema

Shimadzu Deutschland GmbH

JULABO GmbH

SPT Labtech

Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

Leipzig – Nach Ansicht von Prof. Alexei Kornyshev, Gastwissenschaftler am Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften, können Gene schon von Weitem erkennen, ob ein anderes Gen dem eigenen Aufbau entspricht. „Gene verhalten sich wie Gäste auf einer Party“, sagt Kornyshev, Professor für chemische Physik. „Lernen sich dort zwei Menschen kennen, prüfen sie auch erst aus der Distanz, ob sie füreinander interessant sind.“ In Leipzig hat Kornyshev nun berechnet, wie weit homologe Abschnitte der DNA voneinander entfernt sein dürfen, um Ähnlichkeiten festzustellen. „Wüssten wir, wie Gene den richtigen Austauschpartner finden, könnten wir falsche Kombinationen bei künstlicher Befruchtung verhindern“, erklärt Kornyshev.

Homologe Gene erkennen sich ohne Doppelstrang-Auftrennung

Auf die Frage, wie Gene einander erkennen, gebe es zwei große Theorien, erläutert Alexei Kornyshev. Die eine Theorie geht davon aus, dass ähnliche Sequenzen sich nur finden, wenn der Doppelstrang sich wie ein Reißverschluss geöffnet hat. Kornyshev gehört dagegen zu den Forschern, die meinen, dass homologe Gene sich schon aus der Ferne identifizieren und ein Auftrennen der Doppelstränge nicht nötig sei. Möglich ist das - so sein Modell - weil sich zwischen den negativ geladenen Doppelsträngen der DNA positiv geladene Teilchen wie Natrium-, Kalium- oder Magnesiumionen festsetzen. Die unterschiedlich geladenen Bereiche übten anziehende Kräfte aufeinander aus, wenn zwei Doppelstränge aneinander vorbei glitten, schildert der Wissenschaftler.

Kornyshevs Team hat untersucht, wie weit zwei Doppelstränge gegeneinander verschoben werden dürfen, damit sich die ähnlichen Sequenzen noch erkennen. Dazu betrachteten die Forscher einen Abschnitt eines Gens und berechneten, wie sich die Energie ändert, wenn ein zweiter DNA-Doppelstrang vorbei gleitet. Sie stellten fest, dass ein Gen registriert, wenn sich ein ähnliches nähert, bevor die beiden exakt gegenüber stehen. Nähern sich demnach homologe Doppelstränge weiter an, sinkt die Energie. Sie ist am kleinsten, wenn die beiden Doppelstränge einander exakt gegenüber liegen.

Bereits 2001 hatte ein Team um Kornyshev ein Modell aufgestellt, das beschreibt, wie zwei Doppelstränge aufgrund ihrer negativen Phosphate und der zwischen den Strängen angedockten positiven Ionen miteinander in Wechselwirkung treten. „Es ist klar, dass sich Modell und Realität unterscheiden“, sagt Kornyshev, „die DNA ist durchaus komplexer als von uns dargestellt“. Dennoch hätten erste Versuche im Reagenzglas gezeigt, dass geschlossene homologe DNA-Sequenzen aus mehreren hundert Bausteinen ohne Hilfe von Proteinen zueinander finden. Es sei daher durchaus möglich, dass sich homologe Gene anhand ihrer Struktur erkennen, bevor der komplexe Prozess starte, in dem sich die Stränge auftrennen und austauschen, erläutert der Wissenschaftler.

Originalveröffentlichung: Alexei A. Kornyshev und Aaron Wynveen: The homology recognition as well as innate property of DNA structure; PNAS 2009, Online-Vorabpublikation 9. März 2009, doi:10.1073/pnas.0811208106

(ID:296672)