Die Macht des Palindroms in der Evolution

Bei transposablen Elementen (transposable elements, TEs) handelt es sich um DNA-Sequenzen, die sich unabhängig von dem Reproduktionszyklus der Zelle bezüglich genetischen Materials replizieren können. Genome bestehen zu einem einen erstaunlich großen Anteil aus TEs und machen beim menschlichen Genom ganze 50 % aus.

Gesundheit

Transposone können auf Genome aktiv schädlich wirken und der menschliche Körper hat zahlreiche Schutzmechanismen entwickelt, um die TE-Aktivität anzukurbeln. Diese Stilllegungssysteme befinden sich oft in der Nähe von small-RNA-Molekülen, welche die Methylierung im TE-Bereich steuern. Eine daraus resultierende dichte Chromatinmasse um den TE-Bereich schränkt die Transkription physisch ein und gilt als genbindend. In Anbetracht deren Proliferation in Genomen ist die Umgehung einer Stilllegung eine mögliche Strategie für TEs. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts ADAPTED (The role of adaptive evolution in the success of transposable elements) wurde untersucht, wie dieser Prozess zustande kommt. Die Forscher fokussierten sich auf die alte TE-Klasse Sirevirus, die beinahe 20 % des Maisgenoms ausmacht. Im Zuge von ADAPTED wurde die ursprüngliche Mais-Sireviruspopulation wiederentdeckt und es wurden fast 6500 Sireviren vollständig hergestellt, die sich in fünf Familien unterteilen. Die Studie wurde daraufhin auf die Geschwindigkeiten der adaptiven Evolution im Verhältnis zu der erfolgreichen Lebensgeschichte und Anpassung gegenüber Wirtsverteidigungsmechanismen ausgerichtet. Die Untersuchung von Stilllegungsstellen führte zu zahlreichen Belegen dafür, dass cis-regulatorische TE-Regionen als Ziele für Wirtsverteidigungsmechanismen fungierten. Sireviren beinhalten zahlreiche Palindrome in einer Domäne, welche deren Lebenszyklus teilweise steuert. Die Sequenzevolution der Palindrome könnte TEs dabei behilflich sein, eine Stilllegung zu umgehen und Wirte könnten die Palindrome in alten Sireviren für eine schnelle Umwandlung nutzen, um small-RNAs für neue hochgefährliche verwandte Viren herzustellen. Paper zur ADAPTED-Forschung sind in den Fachzeitschriften Nature, Science, Brmc Genomics und Plant Journal erschienen. Über ADAPTED wurde eine stabile Wissensplattform geschaffen, welche die Bereiche Populationsgenetik, molekulare Evolution unter Verwendung statistischer Analysen sowie mathematische Modellierung beinhaltet. In Anbetracht der schieren Anzahl von TEs in allen Eukaryonten könnten sich weitreichende Anwendungsmöglichkeiten bieten.

Schlüsselbegriffe

Palindrom, Evolution, transposable Elemente, Sirevirus, Mais

The role of adaptive evolution in the success of transposable elements

Die Macht des Palindroms in der Evolution

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