Transposon

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Ein Transposon (umgangssprachlich: springendes Gen) ist ein DNA-Abschnitt bestimmter Länge im Genom. Es umfasst ein oder mehrere Gene und hat die Möglichkeit seinen Ort im Genom zu verändern (Transposition). Man unterscheidet Transposons, deren mobile Zwischenstufe von RNA gebildet wird (Retroelemente oder Klasse-I-Transposon) und diejenigen, deren mobile Phase DNA ist (DNA-Transposon oder Klasse-II-Transposon).

Transposons sind, wenn sie autonom sind, also ihre "Werkzeuge zum Springen" selbst mitbringen, oftmals von kleinen Wiederholungssequenzen (repeats) umgeben, die für die Transposition notwendig sind. Je nach Art des Transposons sind diese gleichgerichtet (direct repeat) oder gegenläufig (inverted repeat).

Inhaltsverzeichnis

1 Entdeckung und Bedeutung
2 Vermehrungsmechanismen
3 Funktionelle Einteilung transposabler Elemente
4 Quellen
5 Weblinks

[Bearbeiten] Entdeckung und Bedeutung

Die Spur der springenden Gene: Unterschiedlich gefärbte Maiskörner

Entdeckt wurden die Transposons 1951 von der US-amerikanischen Botanikerin Barbara McClintock im Mais, die für diese Entdeckung 1983 mit dem Nobelpreis geehrt wurde. Seitdem wurden Transposons auch in vielen anderen Organismen nachgewiesen, so zum Beispiel auch beim Menschen. In der Genetik und Entwicklungsbiologie spielen besonders die Transposons von Drosophila melanogaster eine große Rolle, da diese gezielt in die Fliegen injiziert und stabil ins Genom integriert werden können. Durch gentechnisch veränderte Transposons können auf diese Weise relativ einfach transgene Fliegen hergestellt werden, die für die Erforschung der Genfunktionen eine wichtige Rolle spielen. Transposons können aber auch auf Plasmide oder Phagengenome übertragen werden, was zu infektiösen Mutationen führen kann. So kann die neu eingefügte genetische Information bei Bakterien Resistenz gegen Antibiotika hervorrufen.

Der Ursprung und die biologische Funktion von Transposons ist noch nicht vollständig geklärt. Es handelt sich vermutlich um von Retroviren abgeleitete DNA, die sich in das Wirtsgenom integrierte, und nunmehr vererbt wird.

Rund 45% des menschlichen Genoms bestehen aus transposablen Elementen, die jedoch nur zu einem sehr geringem Anteil zum Springen fähig sind. Es gibt auch die Theorie, dass die Immunglobuline von Transposons abstammen. Insofern ist es strittig, ob man Transposons zu junk-DNA zählen soll.

Andere Lebewesen haben weniger Transposons, so sind in D. melanogaster nur etwa 15-22% und in Caenorhabditis elegans etwa 12% des Genoms transposable Elemente. Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht der Anteile transposabler Elemente an der genomischen DNA.

Genomgröße und Anteil transposabler Elemente (TEs) in Prozent ^[1]
Spezies		Genomgröße (Picogramm)	%TEs
Rana esculenta	Frosch	5,6-8,0	77
Zea mays	Mais	5,0	60
Homo sapiens	Mensch	3,5	45
Mus musculus	Maus	3,4	40
Drosophila melanogaster	Fruchtfliege	0,18	15-22
Caenorhabditis elegans	Wurm	0,1	12
Saccharomyces cerevisiae	Hefe	0,012	3-5
Escherichia coli	Bakterium	0,0046	0,3

[Bearbeiten] Vermehrungsmechanismen

Bei DNA-Transposons wird zwischen der konservativen Transposition und der replikativen Transposition unterschieden. Während bei der konservativen Transposition das Transposon aus der DNA herausgeschnitten und an anderer Stelle wieder eingebaut wird ("cut & paste"), wird bei der replikativen Transposition das Transposon nicht herausgeschnitten, sondern nur eine Kopie erstellt, die an anderer Stelle eingebaut wird ("copy & paste"). Bei der replikativen Transposition wird die Anzahl der Transposons vermehrt. Das Herausschneiden bzw. das Kopieren des Transposons erfolgt mit Hilfe des Enzyms Transposase.

RNA-Transposons, oder besser: Retroelemente springen, indem sie transkribiert werden und die mRNA translatiert wird. Mit Hilfe der so erzeugten Proteine wird die erzeugte mRNA in cDNA umgeschrieben (durch eine Reverse Transkriptase) und wieder integriert. Dabei vermehren sich die Retroelemente. Die Unterklasse der sogenannten SINEs, aber auch andere nicht mehr autonome Retroelemente haben keine Reverse Transkriptase mehr und sind auf eine fremde (etwa von anderen Retroelementen) angewiesen.

[Bearbeiten] Funktionelle Einteilung transposabler Elemente

Je nachdem, ob das intermediäre Element DNA oder RNA ist, unterscheidet man zwischen DNA-Transposons (auch Klasse-II-Transposon genannt) und sogenannten Retroelementen (Klasse-I-Transposon). Die Retroelemente besitzen entweder long terminal repeats (LTR; bei LTR-Retrotransposons bzw. Retrotransposons i.e.S. und bei klassischen Retroviren) oder nicht (Retroposons).