Nichtcodierende Desoxyribonukleinsäure

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Als nichtcodierende Desoxyribonukleinsäure (englisch noncoding DNA, früher auch junk DNA) werden diejenigen Teile der Desoxyribonukleinsäure (DNA) bezeichnet, die nicht für Proteine codieren. Bei höheren Organismen wie Menschen, Tieren und Pflanzen ist der ganz überwiegende Teil der DNA in diesem Sinne „nicht codierend“. Auch diese Anteile der DNA haben aber vielfältige Funktionen.

Vorkommen[Bearbeiten]

Protein-codierende DNA dient als Vorlage für die Messenger-RNA, welche wiederum bei der Synthese der Proteine als Vorlage verwendet wird. Der erstere Vorgang wird als Transkription, der letztere als Translation bezeichnet. Auch nicht-codierende DNA-Bereiche werden vielfach transkribiert, die resultierenden RNAs werden aber nicht für die Translation verwendet (nichtcodierende Ribonukleinsäure). Klassische, schon lange bekannte Beispiele sind die ribosomale und die Transfer-RNA, die beide ebenfalls bei der Translation essentielle Funktionen haben, aber nicht als Vorlage dienen.

Nichtcodierende DNA ist vor allem charakteristisch für Eukaryoten, bei denen sie den größten Teil des Genoms ausmacht, während ihr Anteil bei prokaryotischen Genomen nur 5-20 % beträgt.[1]

In der menschlichen DNA werden zurzeit etwa 95 % der Nukleotide als nichtcodierende DNA betrachtet, das heißt, maximal 5 % der Nukleotide, aus denen die DNA besteht, codieren Erbinformation für Proteine. Das ENCODE-Projekt, bei dem die funktionellen Elemente des Genoms beschrieben werden sollen, ist zu dem Ergebnis gekommen, dass diese Bereiche jedoch trotzdem zu einem großen Teil transkribiert, also in RNA umgeschrieben werden. Eine neue Untersuchung widerspricht diesem Befund allerdings und kommt zu dem Ergebnis, dass nichtcodierende Bereiche praktisch nicht transkribiert werden.[2]

Beispiele[Bearbeiten]

Weit verbreitet sind die sogenannten Pseudogene, Kopien von Genen, die aufgrund von Mutationen nicht mehr funktionsfähig sind. Sie gelten im Rahmen der Evolutionstheorie als Ausgangsmaterial für neue Gene mit neuen Funktionen.

Bedeutende Anteile der nichtcodierenden DNA machen repetitive Sequenzen aus, die aus zahlreichen Wiederholungen einer Basensequenz bestehen.

Auch reguläre Gene enthalten nichtcodierende Abschnitte: die Promotor-Region, die der Regulation der Aktivität des Gens (Genexpression) dient, und die Introns, die zwar mit transkribiert werden, deren Transkripte jedoch vor der Translation entfernt werden (Splicing). Weitere nichtcodierende DNA-Abschnitte, die selbst nicht Bestandteile von Genen sind, aber durch Interaktion mit Promotoren bei der Regulation der Genexpression mitwirken, sind die Enhancer und Silencer.

Nichtcodierend sind des Weiteren die Telomere, die Enden der Chromosomen.

Funktionen[Bearbeiten]

Es ist heute weitgehend unbekannt, wie groß der Anteil nichtcodierender DNA ist, der eine Funktion ausfüllt.[3] Für den Großteil nichtcodierender DNA ist unbekannt, ob ihr funktionale Aufgaben zukommen. Für deren Entbehrlichkeit spricht das Ergebnis einer Studie, bei der zwei längere Abschnitte nichtcodierender DNA aus dem Genom von Mäusen entfernt wurde, was zu keinen merkbaren Unterschieden im Phänotyp führte.[4]

Zu unterscheiden ist zwischen einer direkten Funktion im Organismus und einer langfristigen evolutionären Bedeutung. Manche Typen nichtcodierender DNA, wie Pseudogene oder Transposable Elemente haben eine wichtige Rolle in der Evolution inne, auch wenn sie keine unmittelbare Funktion ausfüllen.[5]

Literatur[Bearbeiten]

Internetseiten[Bearbeiten]

  • Junk-DNA und Tandem Repeats [1]

Siehe auch[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Mattick, J.S. & Makunin, I.V. (2006): Non-coding RNA. In: Hum. Mol. Genet. 15 (Review Issue 1):R17-R29. PMID 16651366 doi:10.1093/hmg/ddl046 PDF
  2. van Bakel H, Nislow C, Blencowe BJ, Hughes TR: Most “Dark Matter” Transcripts Are Associated With Known Genes. In: PLoS Biology. 8, Nr. 5, 2010. doi:10.1371/journal.pbio.1000371. Abgerufen am 22. Mai 2010.
  3. C. I. Castillo-Davis: The evolution of noncoding DNA: how much junk, how much func? In: Trends in genetics : TIG. Band 21, Nummer 10, Oktober 2005, S. 533–536, ISSN 0168-9525. doi:10.1016/j.tig.2005.08.001. PMID 16098630. (Review).
  4. M. A. Nóbrega, Y. Zhu, I. Plajzer-Frick, V. Afzal, E. M. Rubin: Megabase deletions of gene deserts result in viable mice. In: Nature. Band 431, Nummer 7011, Oktober 2004, S. 988–993, ISSN 1476-4687. doi:10.1038/nature03022. PMID 15496924.
  5. C. Biémont, C. Vieira: Genetics: junk DNA as an evolutionary force. In: Nature. Band 443, Nummer 7111, Oktober 2006, S. 521–524, ISSN 1476-4687. doi:10.1038/443521a. PMID 17024082.