Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schutz vor fehlerhafter Genexpression

14.10.2011
Max-Planck-Wissenschaftler zeigen, dass schädliche Fehler bei der Genexpression bereits im Genom systematisch unterdrückt werden

Forscher gehen davon aus, dass fast kein Protein genau seiner genetischen „Anleitung“ entspricht. Allerdings führt nur ein Bruchteil der Ablesefehler während der Transkription zu tatsächlichen Funktionsstörungen.


Jede Aminosäure ist im Erbgut durch eine Kombination aus drei Nukleinsäuren codiert. Manche dieser Codons können durch einen einfachen Buchstabentausch zum Stopp-Codon werden. © Art For Science


Bei Genen mit mehreren Exonen kommen im letzten Exon deutlich weniger fragile Codons vor, da Stopp-Codons hier vom Abbaukomplex nicht entdeckt werden können. Ist nur ein Exon vorhanden, sind fragile Codons in diesem Bereich ebenfalls seltener. © Art For Science

Im Laufe der Evolution hat sich vielmehr eine Reihe von Mechanismen entwickelt, über die Fehler weitgehend minimiert werden. Unschädliche Ablesefehler, die keine Funktionsbeeinträchtigung des betroffenen Proteins nach sich ziehen, werden dagegen vom Organismus vernachlässigt; die Forscher sprechen in diesem Zusammenhang von der Robustheit des Genoms.

Wissenschaftler des Berliner Max-Planck-Instituts für molekulare Genetik konnten jetzt gemeinsam mit französischen Kollegen die Funktion eines solchen Mechanismus aufdecken, über den die Robustheit des Genoms bewahrt wird. Demnach werden „fragile“ Codons, die bei fehlerhafter Transkription als Stop-Codon abgelesen und so zu einer Verkürzung der Proteinsequenz führen könnten, an bestimmten Stellen im Genom gezielt unterdrückt. So sollen schädliche Fehler bei der Proteinsynthese bereits im Genom systematisch vermieden werden.

Nur vier unterschiedliche Nukleinsäuren bilden die Buchstaben der Erbsubstanz, in langen Reihen angeordnet schreiben sie die verschiedenen Gene. Proteine dagegen bestehen aus langen Ketten von insgesamt 20 verschiedenen Aminosäuren. Jeweils drei in einer bestimmten Reihenfolge angeordnete Nukleinsäuren, ein so genannter (Codon, definieren eine Aminosäure. Da es aber mehr mögliche Nukleinsäurekombinationen als Aminosäuren gibt, werden die meisten Aminosäuren durch mehrere Codons bestimmt. Drei Codons (TAA, TAG, TGA) definieren keine Aminosäuren, sondern zeigen das Ende eines Translationsprozesses an, sie werden als Stop-Codon bezeichnet. Einige Codons werden durch einen „Unsinn“-Fehler als Stop-Codon abgelesen, die Forscher schufen dafür den Ausdruck „fragile Codons“. Im Gegensatz dazu können „robuste“ Codons durch einen Ablesefehler zwar für eine andere Aminosäure kodieren, aber nicht zu einem Stop-Codon werden.

„Die Natur nutzt verschiedene Mechanismen, die die Konsequenzen von Fehlern bei der Genexpression vermindern“, erklärt Brian Cusack, Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für molekulare Genetik und Erstautor der jetzt veröffentlichten Arbeit. „Wir haben uns besonders mit einem Mechanismus beschäftigt, der als „Unsinn-vermittelter Zerfall“ bezeichnet wird. Dieser sorgt für den Abbau von Transkripten, die aufgrund eines fehlerhaft, d.h., verfrüht eingebauten Stop-Codons zu verkürzten Proteinen führen würden. Diese sind oft giftig für die Zelle, ihr Abbau ist daher besonders wichtig.“

Wenn ein Gen abgelesen wird, entsteht zunächst eine Art Zwischenstufe, die sogenannte Boten-RNA. Bevor sie in ein Protein übersetzt werden kann, muss sie weiter bearbeitet und damit funktionsfähig gemacht werden. Ein wichtiger Teil der Prozessierung ist das Splicing, dabei werden die Abschnitte, die keine kodierende Informationen enthalten, entfernt und die verbleibenden Teile, die so genannten Exons, miteinander verbunden. Die Verbindung der einzelnen Exons wird durch einen Proteinkomplex, den Exon Junction Complex (EJC), gekennzeichnet.

Genau an dieser Stelle setzt der von den Wissenschaftlern untersuchte Zerfallmechanismus ein. Er erkennt Stop-Codons, die sich vor einem EJC befinden und bewirkt einen Abbau der betreffenden Boten-RNA. Einige Gene bestehen jedoch nur aus einem Exon, so dass eine Positionsbestimmung von Stop-Codons in Bezug auf einen EJC nicht möglich ist. Dies gilt auch für fehlerhafte Stop-Codons, die sich im letzten Exon eines aus mehreren Exonen bestehenden Gens befinden.

In der jetzt vorgelegten Untersuchung verglichen die Forscher aus Berlin und Frankreich das Vorkommen von robusten und fragilen Exons zwischen Genen mit einem oder mehreren Exonen bzw. zwischen den ersten und dem letzten Exon eines Gens. Sie konnten nachweisen, dass in single-Exon-Genen bzw. im letzten Exon eines Gens signifikant weniger fragile Codons vorkommen, als in den vorderen Exonen. Die Forscher sehen darin einen eindeutigen Hinweis, dass im Laufe der Evolution verschiedene und zueinander komplementäre Mechanismen entstanden sind, welche die Folgen von Ablesefehlern im Genom minimieren sollen.

Bislang richtete sich das Augenmerk der Evolutionsbiologen ausschließlich auf Mutationen in der DNA-Sequenz, die von Generation zu Generation weitergegeben werden. „Unsere Ergebnisse zeigen aber, dass auch Fehler bei der Genexpression, selbst wenn sie nicht vererbt werden, dennoch von Nachteil für das Individuum sind und dadurch eine Rolle bei der Evolution spielen“, sagt Brian Cusack.

Ansprechpartner
Dr. Patricia Marquardt
Max-Planck-Institut für molekulare Genetik, Berlin
Telefon: +49 30 8413-1716
Fax: +49 30 8413-1671
E-Mail: patricia.marquardt@molgen.mpg.de
Originalveröffentlichung
Brian P. Cusack, Peter F. Arndt, Laurent Duret, Hugues Roest Crollius
Preventing dangerous nonsense: selection for robustness to transcriptional error in human genes

PloS Genetics, 13. Oktober 2011

Dr. Patricia Marquardt | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/4602635/fehler_bei_genexpression_werden_unterdrueckt

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt
22.05.2018 | Technische Universität München

nachricht Designerzellen: Künstliches Enzym kann Genschalter betätigen
22.05.2018 | Universität Basel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt

Wie verleiht man Zellen neue Eigenschaften ohne ihren Stoffwechsel zu behindern? Ein Team der Technischen Universität München (TUM) und des Helmholtz Zentrums München veränderte Säugetierzellen so, dass sie künstliche Kompartimente bildeten, in denen räumlich abgesondert Reaktionen ablaufen konnten. Diese machten die Zellen tief im Gewebe sichtbar und mittels magnetischer Felder manipulierbar.

Prof. Gil Westmeyer, Professor für Molekulare Bildgebung an der TUM und Leiter einer Forschungsgruppe am Helmholtz Zentrum München, und sein Team haben dies...

Im Focus: LZH showcases laser material processing of tomorrow at the LASYS 2018

At the LASYS 2018, from June 5th to 7th, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) will be showcasing processes for the laser material processing of tomorrow in hall 4 at stand 4E75. With blown bomb shells the LZH will present first results of a research project on civil security.

At this year's LASYS, the LZH will exhibit light-based processes such as cutting, welding, ablation and structuring as well as additive manufacturing for...

Im Focus: Kosmische Ravioli und Spätzle

Die inneren Monde des Saturns sehen aus wie riesige Ravioli und Spätzle. Das enthüllten Bilder der Raumsonde Cassini. Nun konnten Forscher der Universität Bern erstmals zeigen, wie diese Monde entstanden sind. Die eigenartigen Formen sind eine natürliche Folge von Zusammenstössen zwischen kleinen Monden ähnlicher Grösse, wie Computersimulationen demonstrieren.

Als Martin Rubin, Astrophysiker an der Universität Bern, die Bilder der Saturnmonde Pan und Atlas im Internet sah, war er verblüfft. Die Nahaufnahmen der...

Im Focus: Self-illuminating pixels for a new display generation

There are videos on the internet that can make one marvel at technology. For example, a smartphone is casually bent around the arm or a thin-film display is rolled in all directions and with almost every diameter. From the user's point of view, this looks fantastic. From a professional point of view, however, the question arises: Is that already possible?

At Display Week 2018, scientists from the Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP will be demonstrating today’s technological possibilities and...

Im Focus: Raumschrott im Fokus

Das Astronomische Institut der Universität Bern (AIUB) hat sein Observatorium in Zimmerwald um zwei zusätzliche Kuppelbauten erweitert sowie eine Kuppel erneuert. Damit stehen nun sechs vollautomatisierte Teleskope zur Himmelsüberwachung zur Verfügung – insbesondere zur Detektion und Katalogisierung von Raumschrott. Unter dem Namen «Swiss Optical Ground Station and Geodynamics Observatory» erhält die Forschungsstation damit eine noch grössere internationale Bedeutung.

Am Nachmittag des 10. Februars 2009 stiess über Sibirien in einer Höhe von rund 800 Kilometern der aktive Telefoniesatellit Iridium 33 mit dem ausgedienten...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

PM des MCC: CO2-Entzug aus Atmosphäre für 1,5-Grad-Ziel unvermeidbar

23.05.2018 | Geowissenschaften

Autonome Schifffahrt: Transdisziplinäre Forschung an der Uni Kiel

23.05.2018 | Informationstechnologie

Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt

22.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics