Persönliche Gesundheit

„Springende Gene“ zur Stabilisierung der DNA-Faltung

„Springende Gene“ — DNA-Stückchen, die bewegen von einer Stelle im Genom zur anderen — und sind bekannt für die Verstärkung der genetischen Vielfalt über den langen Verlauf der evolution. Jetzt neue Forschung an der Washington University School of Medicine in St. Louis zeigt, dass solche Gene, die auch als Transposons, spielen eine weitere, überraschende Rolle: die Stabilisierung der 3D-Faltung des DNA-Moleküls in der Zelle ist der Zellkern.

Die Studie erscheint Jan. 24 in der Zeitschrift Genome Biology.

Das DNA-Molekül im Kern jeder menschlichen Zelle ist mehr als sechs Meter lang. Passen in einem so kleinen Raum, es muss klappen in präzise loops, die auch Regeln, wie Gene ein-oder ausgeschaltet. Es könnte scheinen, eingängig, dass DNA-Stückchen, die nach dem Zufallsprinzip verschieben und über das Genom kann, sorgen für Stabilität für diese Faltung. In der Tat, die Entdeckung widerspricht der lange gehegten Annahme, dass die genaue Reihenfolge der Buchstaben in der DNA-Sequenz immer diktiert die breitere Struktur des DNA-Moleküls.

„In Orten, wo die größeren 3D-Faltung des Genoms ist das gleiche zwischen Mäusen und Menschen, Sie erwarten, dass die Reihenfolge der Buchstaben der DNA verankern, dass die Form erhalten werden soll, muss es als gut,“, sagte senior-Autor Ting Wang, PhD, der Sanford C. und Karen P. Loewentheil Distinguished Professor für Medizin. „Aber das ist nicht das, was wir gefunden, zumindest nicht in die Teile des Genoms, die in der Vergangenheit wurden als“ junk-DNA.'“

Studium der DNA-Faltung in Maus-und menschlichen Zellen im Blut, fanden die Forscher heraus, dass in vielen Regionen, in denen die Faltung der DNA konserviert sind durch die evolution, die die genetische Sequenz der DNA-Buchstaben, die zur Gründung dieser Falten ist nicht. Es ist immer so leicht verdrängt. Aber diese änderung der Reihenfolge, eine genetische Umsatz, nicht Probleme verursachen. Weil die Struktur weitgehend gleich bleibt, wird die Funktion vermutlich auch so sieht, also nichts von Bedeutung verpasst.

„Wir waren überrascht zu erfahren, dass einige junge transponierbaren Elemente dienen dem Erhalt der alten Strukturen,“ sagte ersten Autor Mayank N. K. Choudhary, ein Doktorand in Wang lab. “Die spezifische Sequenz kann unterschiedlich sein, aber die Funktion bleibt die gleiche. Und wir sehen, dass dies geschah mehrere Male in den vergangenen 80 Millionen Jahren, als die gemeinsamen Vorfahren von Mäusen und Menschen trennten.“

Die Tatsache, dass eine neue transponierbaren element einfügen können, sich selbst und dienen die gleiche Rolle wie eine vorhandene Anker schafft eine Redundanz in der regulatorischen Anteile der Genom — Regionen des DNA-Moleküls, die bestimmen, wie und Wann Gene ein-oder ausgeschaltet.

Nach Angaben der Forscher, diese Redundanz macht das Genom mehr belastbar. Bei der Bereitstellung von sowohl Neuheit und die Stabilität, springende Gene kann helfen, die säugetier-Genom-Streik einen lebenswichtigen Gleichgewicht — so dass die Tiere die Flexibilität zur Anpassung an den Klimawandel, zum Beispiel, während die Erhaltung der biologischen Funktionen, die für das Leben benötigt, die Schutz vor DNA-Schäden, verursacht durch Leben und reproduzieren auf der Erde über den Zeitraum der Tiefe der Zeit, gemessen in zehn bis hundert Millionen von Jahren.

Auch so, die Forscher waren vorsichtig, um die Unterscheidung zwischen Teile des Genoms, die halten dafür Verantwortlichen Gene zur Herstellung von Proteinen und der rest des Genoms. In Genen, die für Proteine Kodieren, die genetische Sequenz und Struktur sind beide konserviert, und diese Studie nicht widersprechen. Aber die neue Forschung schlägt vor, dass die springenden Gene in der nicht-protein-kodierende Bereiche des Genoms Folgen anderen Regeln in der Erhaltung als die protein-kodierenden Gene.

„Unsere Studie Veränderungen wie interpretieren wir die genetische variation in den nicht-kodierenden Regionen der DNA“, sagte Wang. “Zum Beispiel, in großen Untersuchungen der Genome von vielen Menschen identifiziert haben, die eine Menge von Varianten in nicht-kodierenden Regionen, die nicht scheinen, um eine Wirkung auf die gen-Regulierung, die rätselhaft ist. Aber es macht mehr Sinn angesichts unseres neuen Verständnisses der transponierbaren Elemente, während die lokalen Sequenz kann sich ändern, aber die Funktion bleibt die gleiche.

„Wir müssen überdenken, diese Arten von Studien im Hinblick auf das neue Verständnis haben wir jetzt von transponierbaren Elementen“, fügte er hinzu. „Wir haben aufgedeckt, eine weitere Ebene der Komplexität in der Genom-Sequenz war nicht bekannt vor.“