Reverse Transkriptase

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Reverse Transkriptase
Reverse Transkriptase
Modell der reversen Transkriptase (Dimer) des HIV-1
Enzymklassifikation
EC, Kategorie 2.7.7.49Nukleotidyltransferase
Substrat Deoxynucleosid-Triphosphat + DNA(n)
Produkte Diphosphat + DNA(n+1)

Reverse Transkriptasen (RT), auch RNA-abhängige DNA-Polymerasen, sind Enzyme, die die Umschreibung von RNA in DNA katalysieren. Dazu synthetisieren sie zunächst von einer einzelsträngigen RNA einen RNA-DNA-Hybridstrang mittels einer RNA-abhängigen DNA-Polymerase-Aktivität. Für den folgenden Abbau des RNA-Anteils ist ein eigener Abschnitt des Proteins zuständig, der RNase-H-Anteil. Es folgt die Vervollständigung des einzel- zum doppelsträngigen DNA-Strang durch eine zusätzliche inhärente DNA-abhängige DNA-Polymerase-Aktivität der Reversen Transkriptase.

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Reverse Transkriptase aus Retroviren wurde 1970 sowohl von Howard Temin und unabhängig davon auch von David Baltimore erstmals beschrieben.[1][2] 1975 erhielten sie für diese Entdeckung zusammen mit Renato Dulbecco den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin. Der Zusatz revers kennzeichnet das besondere Vermögen dieses Enzyms, die übliche Prozessrichtung der Transkription umzukehren und nach einer RNA-Vorlage eine DNA aufzubauen. Mit dieser Entdeckung wurde die bis dahin vertretene Lehrmeinung, das sogenannte Zentrale Dogma der Molekularbiologie, verworfen, dass der Informationsfluss immer nur in der Richtung DNA → RNA → Protein und nie umgekehrt verlaufen könne.[3][4]

Vorkommen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Reverse Transkriptase wurde zuerst in Retroviren (z. B. HIV, HTLV, SIV) entdeckt. Diese Viren mit RNA-Genom verwenden die RT, um ihr Genom in DNA umzuschreiben. Die RT erfüllt damit eine entscheidende Funktion bei der Vermehrung des Virus. Daneben enthalten auch bestimmte DNA-Viren wie die Hepadnaviren (z. B. der Erreger der Hepatitis B (HBV), oder die bei Pflanzen auftretenden Caulimoviren) eine RT. Von ehemaligen, mutierten Retroviren stammen auch die Klasse-I-Transposons, auch Retroelemente genannt, ab. Diese benötigen für ihre Replikation eine RT. Diese wird entweder von ihnen selbst codiert (autonome LINEs und LTR-Retrotransposons) oder muss zur Verfügung gestellt werden (z. B. bei SINEs).

Gruppe II Introns codieren ebenfalls für eine Reverse Transcriptase, die eine enzymatisch aktive Intron-RNA (Ribozym) stabilisiert und die integrierte RNA in DNA umschreibt.[5] Die RNA katalysiert bei dem Vorgang das Spleißen. Gruppe II Introns wurden in Prokaryonten und in den Genomen von Organellen in Pilzen und Pflanzen nachgewiesen.

Eine Reverse Transkriptase ist ebenfalls Bestandteil der Telomerase von Eukaryoten, wo sie die im Zuge einer Replikation verkürzten Telomere wieder auf die ursprüngliche Länge erweitert und somit den Prozess der Zellalterung verzögert.[6] Die genauere Bezeichnung ist telomerase reverse transcriptase (TERT), wie z. B. für die humane telomerase reverse transcriptase (hTERT).[7]

Biotechnologische Anwendungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Fehlerhäufigkeit der viralen Reversen Transkriptase liegt wegen einer fehlenden Korrekturfunktion (proof-reading) bei 1:103 bis 1:104 und führt zu einer sehr hohen Mutationsrate, was die Bekämpfung von Retroviren wie HIV erschwert. Die Hemmung der Reversen Transkriptase ist ein Ziel der Kombinationstherapie und durch verschiedene Wirkstoffe (NNRTI, NRTI) möglich. Solche Reverse-Transkriptase-Hemmer waren die ersten und bis 1994 einzigen zur Behandlung der HIV-Infektion zugelassenen wirksamen Medikamente.

Reverse Transkriptasen werden in der Molekularbiologie und in der molekularen Diagnostik eingesetzt, beispielsweise bei der RT-PCR oder um eine cDNA-Bank zu erstellen. Hierfür werden virale Reverse Transkriptasen aus dem Murine Leukemia Virus (MLV) oder dem Avian Myeloblastosis Virus (AMV) genutzt. In der Regel werden aber keine nativen Enzyme, sondern gentechnisch erzeugte Varianten mit geringerer Fehlerrate, niedrigerer RNase-H-Aktivität und höherer Temperaturstabilität eingesetzt.[8][9] Nachdem die Isolierung rekombinaner Gruppe II Intron-Reverse Transcriptasen gelungen ist, wird erwartet, dass diese aufgrund ihrer geringeren Fehlerrate, höheren Geschwindigkeit und Temperaturstabilität, insbesondere aber auch der Template-Switch-Aktivität, dem direkten Wechsel an das 3'-Ende neuer RNAs, an Bedeutung gewinnen.[10]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. H. M. Temin, S. Mizutani: RNA-dependent DNA polymerase in virions of Rous sarcoma virus. In: Nature. Band 226, Nummer 5252, Juni 1970, S. 1211–1213, PMID 4316301.
  2. D. Baltimore: RNA-dependent DNA polymerase in virions of RNA tumour viruses. In: Nature. Band 226, Nummer 5252, Juni 1970, S. 1209–1211, PMID 4316300.
  3. John M. Coffin, Stephen H. Hughes, Harold E. Varmus: The Place of Retroviruses in Biology. In: Retroviruses. Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1997, ISBN 0-87969-571-4.
  4. Central dogma reversed. In: Nature. Band 226, Nummer 5252, Juni 1970, S. 1198–1199, PMID 5422595.
  5. A. M. Lambowitz, S. Zimmerly: Group II introns: mobile ribozymes that invade DNA. In: Cold Spring Harbor perspectives in biology. Band 3, Nummer 8, August 2011, S. a003616, doi:10.1101/cshperspect.a003616, PMID 20463000, PMC 3140690 (freier Volltext) (Review).
  6. Jeremy Cherfas: Hayflick Licked: Telomerase Lengthens Life of Normal Human Cells (Memento vom 8. August 2012 im Internet Archive)
  7. Witzany G (August 2008). "The Viral Origins of Telomeres and Telomerases and their Important Role in Eukaryogenesis and Genome Maintenance" (PDF; 263 kB). In: Biosemiotics 1 (2): 191–206. doi:10.1007/s12304-008-9018-0
  8. M. J. Wacker, M. P. Godard: Analysis of one-step and two-step real-time RT-PCR using SuperScript III. In: Journal of biomolecular techniques : JBT. Band 16, Nummer 3, September 2005, S. 266–271, PMID 16461951, PMC 2291734 (freier Volltext).
  9. A. Baranauskas, S. Paliksa, G. Alzbutas, M. Vaitkevicius, J. Lubiene, V. Letukiene, S. Burinskas, G. Sasnauskas, R. Skirgaila: Generation and characterization of new highly thermostable and processive M-MuLV reverse transcriptase variants. In: Protein engineering, design & selection : PEDS. Band 25, Nummer 10, Oktober 2012, S. 657–668, doi:10.1093/protein/gzs034, PMID 22691702.
  10. S. Mohr, E. Ghanem, W. Smith, D. Sheeter, Y. Qin, O. King, D. Polioudakis, V. R. Iyer, S. Hunicke-Smith, S. Swamy, S. Kuersten, A. M. Lambowitz: Thermostable group II intron reverse transcriptase fusion proteins and their use in cDNA synthesis and next-generation RNA sequencing. In: RNA. Band 19, Nummer 7, Juli 2013, S. 958–970, doi:10.1261/rna.039743.113, PMID 23697550, PMC 3683930 (freier Volltext).

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]