Das unterschätzte Mutationspotential von Retrogenen

Eine neue Studie von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Evolutionsbiologie in Plön und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking zeigt, dass die potenzielle genetische Belastung durch Mutationen aufgrund von Retrogenen erheblich größer ist als ursprünglich angenommen.

Genetische Informationen werden in DNA gespeichert und als mRNA transkribiert. Die mRNA wird üblicherweise in Proteine ​​übersetzt. Es ist jedoch seit langem bekannt, dass mRNA auch revers in DNA transkribiert und wieder in das Genom integriert werden kann. Solche Fälle nennt man Retrogene. In einem Artikel berichteten ein Team des Max-Planck-Instituts für Evolutionsbiologie in Plön und des Zoologischen Instituts der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking, dass dieser Prozess zuvor um mindestens den Faktor tausend unterschätzt worden war und dass er wichtig war neuer Mutationsmechanismus.

Dafür gibt es zwei Hauptgründe. Einerseits berücksichtigen die üblichen Suchalgorithmen, die bei der Genomverfolgungsanalyse verwendet werden, normalerweise keine neuen Retrogeneinsätze. Es bleibt daher in den Massendaten verborgen. Nur mit einem optimierten Algorithmus, wie er von Wissenschaftlern entwickelt wurde, können diese Einfügungen systematisch entdeckt werden. Andererseits haben die Autoren gezeigt, dass die meisten Insertionen relativ kurzlebig sind. In früheren Genomvergleichen zwischen Arten scheint dies relativ selten zu sein.

Eine Mutation durch Retrogene ist normalerweise schädlich

Für diese jüngste Studie war es daher entscheidend, Populationen zu untersuchen, die sich erst kürzlich entwickelt haben. Die Autoren fanden heraus, dass Mauspopulationen, die nur für etwa 3000 Jahre getrennt wurden, unterschiedliche Retrogene enthalten (dh in jeder Population treten Retrogene mit einer sehr hohen Rate auf, gehen aber auch relativ schnell verloren). Dies liegt daran, dass Retrogen schädlich sein kann – auch wenn es in nicht-kodierende DNA integriert ist. Wenn Retrogene (wie bei den meisten von ihnen) wieder in mRNA transkribiert werden, kann diese neue mRNA die mRNA des Gens, von dem sie stammen, nachteilig beeinflussen. Das Retrogen wirkt daher als regulatorische Mutation, die normalerweise schädlich ist.

Die Wissenschaftler zeigen, dass die genetische Belastung dieses Mechanismus höher ist als die Punktmutationen, die bisher im Mittelpunkt der Untersuchungen standen. Sie legen daher nahe, dass bei der Suche nach krankheitsverursachenden Mutationen auch der retrogene Mechanismus berücksichtigt wird.

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Originalveröffentlichung

Wenyu Zhang, Chen Xie, Kristian Ullrich, Yong E. Zhang und Diethard Tautz (2021)

Die Mutationsladung in natürlichen Populationen wird signifikant durch eine hohe primäre Repositionierungsrate beeinflusst

Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften USA, PNAS 9. Februar 2021 118 (6)

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