Transposon

Arten

Transposons sind nur eine von mehreren Arten mobiler genetischer Elemente. Transposons selbst gehören nach ihrem Mechanismus zu zwei Typen, die entweder "Kopieren und Einfügen" (Klasse I) oder "Ausschneiden und Einfügen" (Klasse II) sein können.

Klasse I (Retrotransposons): Sie kopieren sich in zwei Stufen, zuerst von DNA zu RNA durch Transkription, dann von RNA zurück zu DNA durch reverse Transkription. Die DNA-Kopie wird dann an einer neuen Stelle in das Genom eingefügt. Retrotransposons verhalten sich sehr ähnlich wie Retroviren, wie zum Beispiel HIV.

Klasse II (DNA-Transposons): Im Gegensatz dazu wird bei den Cut-and-Paste-Transpositionsmechanismen von Transposons der Klasse II kein RNA-Intermediär verwendet.

Ein bakterielles DNA-Transposon

Als Ursachen von Krankheiten

Transposons sind Mutagene. Sie können das Genom ihrer Wirtszelle auf unterschiedliche Weise schädigen:

• Ein Transposon oder ein Retroposon, das sich in ein funktionsfähiges Gen einfügt, wird dieses Gen höchstwahrscheinlich deaktivieren.
• Nachdem ein Transposon ein Gen verlassen hat, wird die entstandene Lücke wahrscheinlich nicht mehr korrekt repariert werden.
• Mehrfache Kopien derselben Sequenz, wie z.B. Alu-Sequenzen, können die präzise chromosomale Paarung während der Mitose und Meiose behindern, was zu ungleichen Kreuzungen führt, einem der Hauptgründe für die Chromosomenverdopplung.

Verwenden Sie

Transposons können akzessorische Gene, wie z.B. Antibiotikaresistenzgene, tragen. Sie können verwendet werden, um ein Gen in die DNA eines Organismus einzubringen. Dies ist bei der Fruchtfliege (Drosophila melanogaster) durch Einbringen des Transposons in den Embryo geschehen.

Beispiele

• Die ersten Transposons wurden 1948 von Barbara McClintock im Mais (Zea mays) entdeckt, wofür sie 1983 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde. Sie bemerkte Chromosomenmutationen, die durch diese Transposons verursacht wurden. Etwa 50% des Gesamtgenoms von Mais besteht aus Transposons. Das von McClintock beschriebene Ac/Ds-System sind Transposons der Klasse II.
• Eine Familie von Transposons bei der Fruchtfliege Drosophila melanogaster werden P-Elemente genannt. Sie scheinen bei der Art erst in der Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts erstmals aufgetreten zu sein. Innerhalb von 50 Jahren haben sie sich in allen Populationen der Art ausgebreitet. Künstliche P-Elemente werden verwendet, um Gene in Drosophila durch Injektion in den Embryo einzubringen.
• Die häufigste Form des Transposons beim Menschen ist die Alu-Sequenz. Sie ist etwa 300 Basen lang und kommt im menschlichen Genom zwischen 300.000 und einer Million Mal vor.
• Seefahrerähnliche Elemente sind eine weitere prominente Klasse von Transposons, die bei mehreren Spezies einschließlich des Menschen gefunden werden. Das Mariner-Transposon wurde zuerst von Jacobson und Hartl in Drosophila entdeckt. Dieses transponierbare Element der Klasse II ist für seine unheimliche Fähigkeit bekannt, bei vielen Spezies horizontal übertragen zu werden. Es gibt schätzungsweise 14 Tausend Kopien von Mariner im menschlichen Genom, das 2,6 Millionen Basenpaare umfasst.

Entwicklung

Transposons finden sich in vielen Lebensformen. Sie können viele Male unabhängig voneinander entstanden sein, oder vielleicht auch nur einmal und sich dann durch horizontalen Gentransfer in andere Reiche ausgebreitet haben.

Während einige Transposons ihren Wirten Vorteile bringen können, werden die meisten als egoistische DNA-Parasiten betrachtet. Auf diese Weise sind sie den Viren ähnlich. Verschiedene Viren und Transposons haben auch gemeinsame Merkmale in ihren Genomstrukturen und biochemischen Fähigkeiten, was zu Spekulationen führt, dass sie einen gemeinsamen Vorfahren haben.

Übermäßige Transposonaktivität kann ein Genom zerstören, was tödlich ist. Viele Organismen haben Mechanismen entwickelt, um sie zu hemmen. Bakterien können die Gendeletion nutzen, um Transposons und Viren aus ihrem Genom zu entfernen, während eukaryotische Organismen die RNA-Interferenz (RNAi) nutzen, um die Transposonaktivität zu hemmen.

In den Zellen von Wirbeltieren fast alle der über 100.000 DNA-Transposons in einem Genomcode für inaktive Polypeptide. Beim Menschen sind alle Klasse-I-ähnlichen Transposons inaktiv. Das erste DNA-Transposon, das als Werkzeug für genetische Zwecke verwendet wurde, das Dornröschen-Transposonsystem, war ein Transposon, das aus einem langen evolutionären Schlaf wiederbelebt wurde.

Rolle im Immunsystem

Möglicherweise wurden Transposons vom Immunsystem der Wirbeltiere als Mittel zur Herstellung von Antikörperdiversität kooptiert: Das V(D)J-Rekombinationssystem funktioniert nach einem ähnlichen Mechanismus wie die Transposons. Dabei handelt es sich um ein System aus drei Genen, die bei der Produktion von Wirbeltier-Lymphozyten umarrangiert werden. Das System kodiert auf vielfältige Weise für Proteine, um Antigene von Bakterien, Viren, Parasiten, dysfunktionalen Zellen wie Tumorzellen und Pollen anzupassen.

Die endgültige DNA-Sequenz und damit die Sequenz des Antikörpers ist sehr variabel, selbst wenn die gleichen zwei V-, D- oder J-Segmente zusammengefügt werden. Diese große Diversität ermöglicht die Rekombination von VDJ zur Erzeugung von Antikörpern sogar gegen Mikroben, denen weder der Organismus noch seine Vorfahren jemals zuvor begegnet sind.