Retrotransposon
Mit dem Begriff Retrotransposon wird eine Klasse der transponierbaren DNA-Sequenzen bezeichnet. Diese trägt ihren Namen aufgrund der strukturellen Ähnlichkeit mit Retroviren (Familie Retroviridae). Retrotransposons verwenden RNA (mRNA) als mobile Zwischenstufe. Sie werden in Abgrenzung zu DNA-Transposons (Klasse II) auch als Klasse I Transposons bezeichnet.
Die Untergruppe der LTR-Retrotransposons weist innerhalb der Retrotransposons die größte strukturelle Ähnlichkeit mit Retroviren auf. Vollständige LTR-Retrotransposons enthalten mehrere Abschnitte Protein-codierender DNA, die für den Transpositionsprozess benötigt werden: eine Protease, eine reverse Transkriptase, eine Ribonuklease, eine Integrase. Weiterhin bestehen vollständige LTR-Retrotransposons aus zwei terminalen LTRs (d. h. long terminal repeats). Eine Sonderform stellen Solo-LTRs dar, bei denen nach Deletion durch Homologe Rekombination nur noch ein einzelner LTR-Abschnitt im Genom vorhanden ist.
Retrotransposons machen etwa 40 % des menschlichen Genoms und mehr als 75 % des Maisgenoms aus.[1] Stark degenerierte Transposons haben in der Regel die Fähigkeit zur autonomen Transposition verloren.
Beispiele
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]HMS-Beagle
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Um neue Einfügungen in das Wirtsgenom vorzunehmen, verwenden diese Retrotransposons nach Aktivierung ihre mRNA als Vorlage für die Synthese extrachromosomaler zirkulärer Doppelstrang-DNA (englisch extrachromosomal circular DNA, eccDNA): Sie kodieren wie Retroviren eine reverse Transkriptase, die den ersten DNA-Strang synthetisiert. Danach nutzen sie den DNA-Reparaturprozess des Wirts (englisch alternative end-joining, alt-EJ), um die Doppelstrang-DNA in einen Zirkularisierungsschritt fertigzustellen. Die Zirkularisierung und Synthese des DNA-Komplementärstrangs wurde 2023 vom Team von Zhao Zhang an einem gentechnisch veränderten Stamm der Taufliege Drosophila melanogaster untersucht, der am Retrotransposon („HMS-Beagle“) einen fluoreszierenden Marker enthielt.[1][A. 1]
MDG1
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die Retroviren der Wirbeltiere (Familie Retroviridae) sind umhüllte Viren, ihre Hülle stammt von bzw. ähnelt der Zellmembran ihrer Wirtszellen, was ihnen die Infektion anderer Zellen per Fusion ermöglicht.[3] Ein anderer Mechanismus wurde zuerst bei dem MDG1-Retrotransposon bei der Taufliege Drosophila melanogaster gefunden. Dieses zeiget eine virusähnliche Infektiosität auch ohne Hüllgen; stattdessen kodiert es ein kleines, sORF genanntes Protein, das den FAST-Zell-Zell-Fusogenen ähnelt. Von sORF2 gesteuerte invasive Ausstülpungen vermitteln den Transfer von Retrotransposons vom Soma zur Eizelle dieser Insekten. Auf diese Weise verbreitet sich MDG1 nicht nur von Zelle zu Zelle des Wirtsorganismus, sondern auch auf die Nachkommen der Weibchen. Im Anschluss an diese Entdeckung fand man bei Insekten auch andere Retrotransposons und unbehüllte Viren der Familie Metaviridae,[4] die sORF2-ähnliche Gene kodieren.[5]
Anmerkungen
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- ↑ Auch Retroviren vie HIV bilden vorübergehend eine zirkuläre DNA (cDNA), wenn sie sich ins Wirtsgenom integrieren – obwohl ihr Virusgenom in den Virionen (Virusteilchen) selbst als (+)ssRNA vorliegt.[2]
Quellen
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- Jochen Graw: Instabilität des Genoms: Transposons und Retroviren. In: Genetik, 4. Auflage, Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg 2006, Kapitel 9, S. 345f; doi:10.1007/978-3-662-60909-5_9.
- Thomas Wicker, François Sabot, Aurélie Hua-Van, Jeffrey L. Bennetzen, Pierre Capy, Boulos Chalhoub, Andrew Flavell, Philippe Leroy, Michele Morgante, Olivier Panaud, Etienne Paux, Phillip SanMiguel, Alan H. Schulman: A unified classification system for eukaryotic transposable elements. In: Nature Reviews Genetics, Band 8, S. 973–982; Dezember 2007; doi:10.1038/nrg2165, PMID 17984973 (englisch).
Einzelnachweise
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- 1 2
Fu Yang, Weijia Su, Oliver W. Chung, Lauren Tracy, Lu Wang, Dale A. Ramsden, Zhao Zhang: Retrotransposons hijack alt-EJ for DNA replication and eccDNA biogenesis. In: Nature, Band 620, Nr. 7972, August 2023, S. 218–225; doi:10.1038/s41586-023-06327-7, PMID 37438532, PMC 10691919 (freier Volltext), 12. Juli 2023 (englisch). Dazu:
- Angela Eggleston et al.: Genetic ‘parasites’ hijack a DNA-repair pathway to form circular DNA and replicate. In: Nature, 12. Juli 2023; doi:10.1038/d41586-023-02108-4 (englisch).
- DNA element with a murky past is borrowing cell's repair machinery. Auf: phys.org vom 13. Juli 2023. Quelle: Duke University.
- Genetic Hijackers: How Sneaky Retrotransposons Are Rewriting the DNA Playbook. Auf: ScitechDaily vom 31. Dezember 2023. Quelle: Duke University.
- ↑ SIB: HIV replication cycle. Auf: Expasy ViralZone. Abgerufen am 31. Dezember 2023.
- ↑ SIB: Retroviridae. Auf: Expasy ViralZone.
- ↑ SIB: Metaviridae. Auf: Expasy ViralZone.
- ↑
Maya Voichek, Andreas Bernhard, Lea Lauterjung, Maria Novatchkova, Dominik Handler, Paul Möseneder, Liudmila Protsenko, Baptiste Rafanel, Svetlana Iarovenko, Peter Duchek, Kirsten-André Senti, Julius Brennecke: Direct cell-to-cell transmission of retrotransposons. In: Cell, 23. September 2026; doi:10.1016/j.cell.2026.08.047 (englisch). Dazu:
- Jumping genes leap across cells and generations. Auf: ÖAW vom 23. September 2026.
- Jumping genes leap across cells and generations. Auf: VBC vom 23. September 2026.
- Clara Lyu: Springende Gene können von Zelle zu Zelle wechseln. Virusähnlicher Mechanismus sichert den Sprung in die nächste Generation. Auf: scinexx.de vom 25. September 2026.
- Klaus Taschwer: Überraschende Entdeckung: Wie springende Gene die Evolution antreiben – und sogar fremde Zellen entern. Auf: Der Standard vom 23. September 2026.