Transposons: Begriff, Vorkommen und Transposition
Transposons sind DNA-Abschnitte, die ihren Platz im Genom wechseln; Retrotransposons tun das über eine RNA-Zwischenstufe und hinterlassen dabei ihr Original.
Das Wichtigste in Kürze
- Ein Transposon ist ein mobiles, übertragbares DNA-Segment; seinen Ortswechsel im Genom nennt man Transposition.
- Transposons kommen, soweit bekannt, in allen Organismen vor, bei Prokaryonten wie Eukaryonten.
- Transposons wechseln ihre Position innerhalb eines Chromosoms, springen zwischen Chromosomen und inserieren an verschiedenen Stellen.
- Bei der Retrotransposition entsteht durch Transkription ein RNA-Intermediat; die Reverse Transkriptase bildet daraus erst ein RNA/DNA-Hybrid, dann einen DNA-Doppelstrang.
- Eingebaut wird die DNA-Kopie an neuem Ort, das Original bleibt an seinem Platz.
Springende Gene
Nicht jeder DNA-Abschnitt bleibt dauerhaft an seinem Platz. Manche Elemente können im Genom umziehen und so selbst Mutationen auslösen. Für die Pharmazie ist das wichtig, weil solche Elemente zum Beispiel Antibiotikaresistenzen zwischen Bakterien verbreiten.
Transponierbare Elemente
Die meisten Gene haben einen festen Ort auf ihrem Chromosom. Daneben gibt es Abschnitte, die diesen Ort verlassen und anderswo wieder auftauchen. Sie heißen Transposons, auch transponierbare Elemente oder mobile genetische Elemente.
Ein Transposon ist ein mobiles, also übertragbares DNA-Segment. Die Transposition ist sein Ortswechsel innerhalb des Genoms.
Transposons sind keine Besonderheit von Bakterien. Soweit bekannt, tragen alle Organismen solche Elemente. Man findet sie bei Prokaryonten wie Escherichia coli ebenso wie bei Eukaryonten, also bei Pilzen, Pflanzen, Tieren und dem Menschen. Im menschlichen Genom machen transponierbare Elemente sogar fast die Hälfte der DNA aus.
Die Elemente bleiben auch nicht immer in ihrer Organismengruppe. In bestimmten Fällen gehen sie von Prokaryonten auf Eukaryonten über. Springende DNA ist damit ein Grundprinzip aller Genome und keine Laune einzelner Arten.
Ortswechsel im Genom
Ein Transposon kann seine Position innerhalb desselben Chromosoms wechseln. Es kann aber auch von einem Chromosom auf ein anderes springen. Die Zielstelle ist nicht festgelegt. Transposons inserieren an vielen verschiedenen Stellen im Genom. Was ein solcher Einbau für benachbarte Gene bedeutet, behandelt die Einheit Folgen der Transposition.
Für den Ortswechsel gibt es zwei Grundwege. DNA-Transposons werden meist direkt als DNA ausgeschnitten und an neuer Stelle eingefügt (cut and paste). Am alten Ort fehlt das Element danach. Retrotransposons arbeiten dagegen wie ein Kopiergerät. Das Original bleibt liegen, und nur eine Kopie wandert (copy and paste). Deshalb vermehren sich Retrotransposons mit jedem Sprung im Genom.
Retrotransposition
Ein Retrotransposon ist ein transponierbares Element, das über ein RNA-Intermediat springt. Diesen Umweg über RNA kennt man von den Retroviren. Entscheidend ist dort wie hier die Reverse Transkriptase, die aus RNA wieder DNA macht. Der Ablauf hat vier Schritte:
- Transkription: Das Element wird wie ein Gen in RNA umgeschrieben (Transkription). So entsteht das RNA-Intermediat.
- Reverse Transkription: Die Reverse Transkriptase nutzt die RNA als Matrize und baut einen komplementären DNA-Strang. Zunächst liegt ein RNA/DNA-Hybrid vor.
- Zweitstrangsynthese: Der RNA-Anteil des Hybrids wird abgebaut. Das Enzym ergänzt den zweiten DNA-Strang zu einem DNA-Doppelstrang.
- Integration: Diese DNA-Kopie wird an einer neuen Stelle ins Wirtsgenom eingebaut.
Das Original verlässt seinen Platz dabei nie. Nach der Retrotransposition steht das Element also zweimal im Genom: am alten und am neuen Ort. Die Abbildung zeigt den Weg vom DNA-Element über RNA und Hybrid bis zur zweiten Kopie.
Das RNA/DNA-Hybrid wird nicht ins Genom eingefügt. Eingebaut wird erst der fertige DNA-Doppelstrang.
Quiz
Aussage 1
Das RNA-Intermediat eines Retrotransposons entsteht durch Transkription des Elements.
Das Element wird wie ein Gen in RNA umgeschrieben; diese RNA dient der Reversen Transkriptase als Matrize.
Aussage 2
Transponierbare Elemente sind auf Bakterien beschränkt und fehlen in eukaryontischen Genomen.
Transposons kommen, soweit bekannt, in allen Organismen vor, bei Prokaryonten ebenso wie bei Pilzen, Pflanzen, Tieren und dem Menschen.
Aussage 3
Bei der Retrotransposition wird das RNA/DNA-Hybrid direkt an der neuen Stelle ins Wirtsgenom eingebaut.
Das Hybrid ist nur eine Zwischenstufe. Eingebaut wird erst der daraus gebildete DNA-Doppelstrang.
Aussage 4
Ein Transposon kann von einem Chromosom auf ein anderes Chromosom wechseln.
Transposons können ihre Lage innerhalb eines Chromosoms ändern oder zwischen Chromosomen springen.
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