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Tutorial MenueVom Gen zum Protein - eine EinführungLerneinheit 3 von 3

Einführung in die Genexpression

Nicht-codierende DNA

Bei Bakterien oder Viren codiert fast die gesamte DNA für Proteine - das Genom ist so stark komprimiert, dass nicht-codierende DNA keinen Platz findet. Das ist bei Eukaryonten völlig anders, hier liegen beispielsweise die Introns als nicht-codierende Bereiche zwischen den codierenden Exons eines Gens. Doch auch außerhalb der Gene existieren lange DNA-Sequenzen ohne offensichtliche Funktion - die Nonsense- bzw. Junk-DNA, die lange als überflüssiger, sinnloser Ballast des Genoms galt.

Ein Teil dieser nicht-codierenden Sequenzen wird transkribiert, d.h. diese DNA wird noch in mRNA umgesetzt, aus der dann aber keine Proteine entstehen. Ein anderer Teil der DNA wird weder transkribiert noch translatiert.

Nicht-codierende, aber transkribierte DNA

Bei Eu- und Prokaryonten gibt es viele Genbereiche, die zwar transkribiert werden, aber diese RNA wird nicht in Protein übersetzt. Das betrifft zahlreiche Moleküle, die als RNA Funktionen in der Zelle übernehmen, z.B. die ribosomalen rRNAs, die tRNAs und die sn1)RNAs, die am Spleißen der unreifen mRNA in Eukaryonten beteiligt sind.

Im September 2003 begann ein ehrgeiziges Forschungsprojekt des amerikanischen National Human Genome Research Institute (NHGRI) namens ENCODE. Diese Bezeichnung setzt sich zusammen aus engl. ENCyclopedia Of DNA Elements; das Projekt soll also eine Art Enzyklopädie der DNA-Elemente einer Zelle erstellen. Dazu wurden alle für die Funktion wichtigen Teile des menschlichen Genoms und das so genannte Transkriptom, also jede DNA, die transkribiert wird, identifiziert und charakterisiert.

Dabei stellt sich heraus, dass etwa die Hälfte aller RNA-Transkripte in einer Zelle keine bekannten RNA-Produkte wie rRNA, tRNA oder snRNA sind, sondern wichtigen regulatorischen Funktionen dienen (Spektrum-Artikel ENCODE, 05.09.2012). Zu diesen zählen beispielsweise Promotor-Elemente, die Regulatorproteine binden, oder die so genannten Enhancer-Elemente, die die Regulation von weit entfernt liegenden Genen beeinflussen können.

Repetitive DNA-Sequenzen

In der eukaryontischen DNA kommen bestimmte Sequenzen oft in mehreren hundertfachen Kopien vor (repetitive DNA). Noch immer ist nicht geklärt, welchem Zweck diese langen, ständig wiederholten Elemente dienen. Bei einigen dieser Sequenzen ist bekannt, dass sie regulatorische Aufgaben erfüllen. Etwa 20-30 % der menschlichen DNA liegen sogar als hochrepetitive (Satelliten-)DNA vor, d.h. die entsprechenden DNA-Bereiche können bis zu hunderttausendfach wiederholt sein. Die alu-Sequenz, ein etwa 300 Basenpaare langes DNA-Stück, liegt in ungefähr 300.000 Kopien vor und macht damit 3 % der gesamten DNA aus.

Die so genannten short tandem repeats (STRs) von nur wenigen Basenpaaren werden für Vaterschaftstests und Verwandtschaftsanalysen verwendet, da diese zwar individuell sehr unterschiedlich ausfallen können, ihr Muster aber vererbt wird.

Repetitive Sequenzen kommen in Prokaryonten nur selten vor, diese bestehen allerdings oft aus codierender DNA, die in eine RNA übersetzt wird (in Bakterien ist oft aufgrund des hohen Bedarfs z.B. die Kopienzahl von rRNA-Genen erhöht). Andere repetitive DNA-Elemente in Bakterien und Eukaryonten sind die long terminal repeats (LTRs) , die die Enden von springenden DNA-Elementen (Transposons) flankieren.

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