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Transposons Enzym hält „springende Gene“ in Schach und verwandelt sie in Vorteil

| Autor / Redakteur: Marcus Rockoff* und Dr. Harald Rösch** / Dr. Ilka Ottleben

Springende Gene, sogenannte Transposons, sind ein zweischneidiges Schwert. Sie können Krankheiten wie Krebs auslösen, sind aber auch wichtiger Treiber der Evolution. Freiburger Forscher haben nun gezeigt, dass ein Enzym namens DHX9 die „Parasiten des Genoms“ unschädlich macht und sie in einen evolutionären Vorteil verwandelt.

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Die menschlichen Gene sind mit zahlreichen DNA-Sequenzen, sogenannten Transposons, durchsetzt, die als „springende Gene“ bekannt sind.
Die menschlichen Gene sind mit zahlreichen DNA-Sequenzen, sogenannten Transposons, durchsetzt, die als „springende Gene“ bekannt sind.
(Bild: gemeinfrei )

Freiburg – Springende Gene sind ein zweischneidiges Schwert: Die sich selbst kopierenden und an anderer Stelle wieder ins Erbgut einfügenden DNA-Abschnitte können einerseits Krankheiten wie Hämophilie oder Brustkrebs auslösen. Anderseits begünstigen die auch Transposons genannten Sequenzen die Entstehung neuer Gene und erhöhen so die genetische Vielfalt und die Anpassungsfähigkeit an Umweltveränderungen.

Forscher des Max-Planck-Instituts für Immunbiologie und Epigenetik haben in Zusammenarbeit mit der Universität Freiburg nun zeigen können, dass ein Enzym namens DHX9 schädliche Strukturen neutralisieren kann, die durch Transposons hervorgerufen werden. Es erhöht damit zugleich die Toleranz des Genoms, springende Gene zu integrieren. Mit der Kenntnis der Funktionsweise von DHX9 ließen sich möglicherweise neue Therapien für Erbkrankheiten entwickeln, ohne dass der evolutionäre Vorteil springender Gene verloren ginge.

97 Prozent des menschlichen Genoms sind nicht-proteinkodierend

Lange Zeit hat sich die Molekularbiologie fast ausschließlich auf einen sehr kleinen Teil der DNA konzentriert, der die Baupläne für Proteine enthält. Der nicht-proteinkodierende und somit scheinbar funktionslose Rest, beim Menschen immerhin 97 Prozent, galt als Schrott-DNA. Doch was zunächst als Schrott geächtet wurde, entpuppte sich im Laufe der Zeit als wichtige genetische Schaltzentrale, die reguliert, wo und wieviel Protein hergestellt werden soll. Ein noch genauerer Blick in diesen Teil der DNA offenbart, dass dieser Heimat für weitere Mitspieler im Genom ist. Dazu zählen auch die sogenannten Transposons oder, besser bekannt, „springenden Gene“. Springende Gene sind DNA-Sequenzen, die ihre Position im Genom verändern können. Sie sind in der Lage, sich selbst zu kopieren und in andere teilweise weit entfernte Abschnitte der DNA „hineinzuspringen“.

Alu-Sequenzen haben eine Vielzahl von Auswirkungen auf das Genom

„In unserer Studie beschäftigen wir uns mit Alu-Sequenzen. Das ist eine Familie von menschlichen Transposons, die mit über einer Million Exemplaren mehr als zehn Prozent unseres gesamten Genoms ausmachen“, sagt Tuğçe Aktaş, Co-Erstautorin der Studie. Um sich selbst zu kopieren, werden Alu-Sequenzen in RNA transkribiert, die anschließend in DNA zurückverwandelt wird. Diese DNA-Kopie wird an einer neuen Position in das Genom eingebaut. Wieder eingeflochten, haben Alu-Sequenzen eine Vielzahl von Auswirkungen auf das Genom. „Je nachdem wo sie wieder in den genetischen Code integriert werden, können Alu-Sequenzen problematische Mutationen hervorrufen, vor allem wenn sie auf wichtige Gene springen. Sie werden mit vielen genetischen Erkrankungen in Verbindung gebracht, wie etwa der Bluterkrankheit, Brustkrebs oder der familiären Hypercholesterinämie, so dass wir davon ausgehen, dass unsere Erkenntnisse auch von großem therapeutischen Nutzen sein können“, sagt İbrahim Avşar Ilık, Co-Erstautor der Studie.

Die Rolle springender Gene in der Evolution

Alu-Sequenzen werden oft als „Eindringlinge“ oder „Parasiten“ bezeichnet, die die Stabilität des Genoms beeinträchtigen. Zugleich sind sie aber auch ein wichtiges Element in der Evolution. Vergleichende Studien zwischen Mensch und Primat konnten zeigen, dass in den letzten sechs Millionen Jahren mehr als fünftausend Alu-Sequenzen neu in das menschliche Genom eingefügt wurden. Wissenschaftler sprechen deswegen von den Alu-Sequenzen als „kreative Zerstörer“, die Teile des Genoms in funktionale Stücke zergliedern, diese kopieren, so dass sie anschließend an anderer Stelle wiederverwendet können. So erhöht das gleichzeitige Modifizieren der DNA mit mehr als einer Million diese DNA-Schnipsel die Möglichkeit, neue Gene zu schaffen, die eine schnellere Anpassung an die Umwelt erlauben.

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