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Eukaryontische Genregulation

DNA-Rearrangement

DNA-Rearrangement, also die Umstrukturierung von DNA-Bereichen, findet man vor allem bei Genen für den Kopulationstyp (mating type) homothallischer Hefen, bei der Antigen-Phasenvariation in Trypanosomen und bei den Genen für Immunglobuline.

Der MAT-Locus bei Hefen

Bei der Hefe Saccharomyces cerevisiae fusionieren im Verlauf des Zellzyklus eine haploide Zelle des Kopulationstyps a mit einer haploiden Zelle des Kopulationstyps α zur diploiden Zygote. Homothallische Hefen sind (im Gegensatz zu heterothallischen Hefen) in der Lage, ihren Kopulationstyp unter bestimmten Umständen zu wechseln. Wenn die Mutterzelle eine Tochterzelle des gleichen Kopulationstyps wie sie selbst abgeschnürt hat, kann diese Mutterzelle selbst den jeweils anderen Kopulationstyp annehmen. Dabei wird das aktive MAT-Gen aus der DNA des Chromosoms 3 herausgeschnitten und durch eine Genkopie ersetzt, die von einem Genort unter der Kontrolle eines silencers stammt. Für diesen Prozess wird eine Endonuclease benötigt, die einen Doppelstrangbruch in der DNA einfügt und so den Transfer der Kopie initiiert. Diese Endonuclease wird nur in der Mutterzelle und auch nur während der G1-Phase des Zellzyklus synthetisiert.

Abb.1
Genamplifikation

Das aktive α-Gen wird aus der DNA herausgeschnitten und durch eine Kopie des MAT-Gens a ersetzt. Der mating type der Hefe wechselt von α zu a.

Die Antigen-Phasenvariation bei Trypanosomen

Diese einzelligen Protozoen, zu denen auch die Erreger der Schlafkrankheit (Afrikanische Trypanosomiasis; Erreger: Typanosoma brucei gambiense oder - Trypanosoma brucei rhodesiense) gehören, können dem Immunsystem ihres Wirtes entkommen, indem sie das Glycoprotein VSG (für engl. variant surface antigen) auf ihrer Zelloberfläche verändern (Antigen-Phasenvariation). Dazu wird die aktive Kopie des VSG-Gens an der Expressionsstelle im Genom durch eine von ca. 1.000 verschiedenen stillen VSG-Genen ersetzt, die sich an einer anderen Stelle im Trypanosomen-Genom befinden. Die vom Wirt gebildeten VSG-Antikörper gegen das alte VSG sind nach einer Phasenvariation nun wirkungslos.

Literatur

Haber, J. E. (1998): Mating-type gene switching in Saccharomyces cerevisiae. In: Annu. Rev. Genet.. 32 , 561-599
Pays, E.; Vanhamme, L.; Berberof, M. (1994): Genetic controls for the expression of surface antigens in African trypanosomes. In: Annu. Rev. Microbiol.. 48 , 25-52

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