www.wikidata.de-de.nina.az

Alternatives Spleißen Das alternative Spleißen auch differenzielles Spleißen oder gewebespezifisches Spleißen genannt st

Alternatives Spleißen

Das alternative Spleißen (auch differenzielles Spleißen oder gewebespezifisches Spleißen genannt) stellt einen besonderen Vorgang im Rahmen der Transkription (Synthese von Ribonukleinsäure, RNS, anhand einer Desoxyribonukleinsäure, DNA) bei Eukaryoten dar. Dieser Vorgang wurde erstmals 1977 beobachtet. Auch Viren, die Eukaryoten befallen, nutzen diesen Mechanismus. Aus ein und derselben DNA-Sequenz und dementsprechend ein und derselben prä-mRNA können mehrere verschiedene reife mRNA-Moleküle und durch deren Translation auch mehrere unterschiedliche Polypeptide oder Proteine gebildet werden. Die meisten Gene von Säugetieren unterliegen dem alternativen Splicing. Fehlregulationen hierbei sind häufige Ursache von unterschiedlichen Krankheiten.

Schematische Darstellung von alternativem Splicing mittels exon skipping.

Formen des alternativen Spleißens Bearbeiten

Übersicht über die verschiedenen Formen des alternativen Splicings (rot) im Vergleich zum konstitutiven Splicing (schwarz)

Beim alternativen Splicing entscheidet sich erst während des Spleißvorgangs, welche RNA-Sequenzen Introns und welche Exons sind. Die Regulation erfolgt über Splicefaktoren (Proteine, die Signale auf der RNA erkennen und die Auswahl der splice sites beeinflussen). Dabei können unterschiedliche Formen des alternativen Splicings unterschieden werden:

  • Kassettenexons (mutually exclusive exons),
  • das Überspringen von Exons (exon skipping) oder
  • das Benutzen unterschiedlicher 5' oder 3' Splice Sites (alternative 5'/3' splice site), vgl. nebenstehende Abbildung.

Viele Proteine aus nur einem Gen Bearbeiten

Die Entdeckung des alternativen Splicings bedeutet, dass die Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese für Eukaryoten nicht streng gilt. Eine DNA-Sequenz, also ein Gen, kann unterschiedliche Proteine codieren. Auf diese Weise ist z. B. eine menschliche Zelle in der Lage, mit ihren rund 20.000 Genen viele hunderttausend verschiedene Proteine herzustellen – aus relativ wenigen Genen entsteht so ein außerordentlich komplexes Proteom von 500.000 bis 1.000.000 Proteinspezies. Die Informationsdichte der DNA wird also durch Superposition erheblich erhöht.

Demnach kann der Grundsatz „ein Gen codiert für ein Protein“ nicht stimmen, da die Zahl der Proteine die Zahl der Gene weit übersteigt (siehe vorherigen Abschnitt). Weil die Information über die Sekundärstruktur der Proteine in der DNA enthalten sein muss, müssen daher einzelne DNA-Abschnitte für mehrere Proteine „zuständig“ sein, beziehungsweise codieren.

Ein Extrembeispiel hierzu: DSCAM, ein Gen in Drosophila melanogaster, welches das Richtungswachstum von Nervenzellen steuert, hat mehrere Kassettenexons, die miteinander kombiniert werden können, wodurch sich rechnerisch eine Zahl von insgesamt 38.016 verschiedenen Proteinen aus nur diesem einen Gen ergibt. Allerdings wurden nur wenige davon tatsächlich im Organismus nachgewiesen. Im Gegensatz dazu erscheint die Zahl an Genen in diesem Organismus mit ca. 14.000 vergleichsweise klein. Dies unterstreicht eindrucksvoll, dass die Vielzahl an Proteinen in einem Organismus nicht primär durch die Zahl seiner Gene bestimmt ist, sondern vielmehr durch das alternative Splicing der prä-mRNAs.

Auswirkung auf die Genetik Bearbeiten

Die Zahl der menschlichen Gene ist nach Sequenzierung des Genoms mit jetzt ca. 20.000 weit hinter den ursprünglichen Annahmen zurückgeblieben. Da jedoch fast jedes zweite Gen alternativ gespleißt werden kann, lässt sich trotz der gering erscheinenden Zahl an Genen eine viel höhere Vielfalt an Proteinen erklären. Daher stellt gerade das Verständnis des alternativen Splicings eine große Herausforderung bei der Erforschung der menschlichen Proteinvielfalt und somit auch dem Verständnis von vielen Erkrankungen (wie z. B. Krebs) und Erbkrankheiten dar.

Spleißen und Evolution Bearbeiten

Das alternative Splicing stellt eine evolutionär besonders bedeutende Entwicklung bei den Eukaryoten dar:

  • Die Entstehung neuer Proteine kann erheblich leichter erfolgen als bei Prokaryoten, nämlich durch eine veränderte Regulation des Splicings.
  • Die Wahrscheinlichkeit, dass ein durch alternatives Splicing neu entstandenes Protein funktionsfähig ist, ist höher als bei einem durch Mutation der codierenden DNA-Sequenz entstandenen neuen Protein. Jedes auf diese Weise im Rahmen der Evolution entstehende Protein enthält zumindest mehrere bereits in anderen Proteinen funktionierende Aminosäure-Sequenzen.
  • Dadurch wird die Anpassung von Eukaryoten an veränderte Lebensbedingungen erleichtert und beschleunigt. Dies könnte ein entscheidender Schritt für die Evolution von mehrzelligen Lebewesen mit längerer Generationsdauer gewesen sein. Während bei Bakterien zwischen zwei Generationen oft weniger als eine Stunde vergeht, kann diese Zeit bei Eukaryoten (Beispiel Mensch) auf mehrere Jahrzehnte anwachsen.

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. S. M. Berget, C. Moore, P. A. Sharp: Spliced segments at the 5' terminus of adenovirus 2 late mRNA. In: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. Band 74, Nr. 8, 1977, S. 3171–3175, doi:10.1073/pnas.74.8.3171.
  2. Human Genes: Alternative Splicing Far More Common Than Thought. Abgerufen am 4. Dezember 2020 (englisch).
  3. O. Stoss u. a.: Misregulation of pre-mRNA splicing that causes human diseases. Concepts and therapeutic strategies. In: Gene Ther Mol Biol. Band 5, 2000, S. 9–30 (researchgate.net [PDF]).
  4. Y. Barash u. a.: Deciphering the splicing code. In: Nature. Band 465, Nr. 7294, 2010, S. 53–59, PMID 20445623.
  5. E. S. Lander u. a.: Initial sequencing and analysis of the human genome. In: Nature. Band 15, Nr. 409, 2001, S. 860–921, PMID 11237011.
  6. N. A. Faustino u. a.: Pre-mRNA splicing and human disease. In: Genes & Dev. Band 17, 2003, S. 419–437 (cshlp.org).
  7. Campbell-Biologiebuch, englische Ausgabe, S. 362.

Weblinks Bearbeiten

wikipedia, wiki, deutsches, deutschland, buch, bücher, bibliothek artikel lesen, herunterladen kostenlos kostenloser herunterladen, MP3, Video, MP4, 3GP, JPG, JPEG, GIF, PNG, Bild, Musik, Lied, Film, Buch, Spiel, Spiele
Veröffentlichungsdatum:
Das alternative Spleissen auch differenzielles Spleissen oder gewebespezifisches Spleissen genannt stellt einen besonderen Vorgang im Rahmen der Transkription Synthese von Ribonukleinsaure RNS anhand einer Desoxyribonukleinsaure DNA bei Eukaryoten dar Dieser Vorgang wurde erstmals 1977 beobachtet 1 Auch Viren die Eukaryoten befallen nutzen diesen Mechanismus Aus ein und derselben DNA Sequenz und dementsprechend ein und derselben pra mRNA konnen mehrere verschiedene reife mRNA Molekule und durch deren Translation auch mehrere unterschiedliche Polypeptide oder Proteine gebildet werden Die meisten Gene von Saugetieren unterliegen dem alternativen Splicing 2 Fehlregulationen hierbei sind haufige Ursache von unterschiedlichen Krankheiten 3 4 5 6 Schematische Darstellung von alternativem Splicing mittels exon skipping Inhaltsverzeichnis 1 Formen des alternativen Spleissens 2 Viele Proteine aus nur einem Gen 3 Auswirkung auf die Genetik 4 Spleissen und Evolution 5 Einzelnachweise 6 WeblinksFormen des alternativen Spleissens Bearbeiten nbsp Ubersicht uber die verschiedenen Formen des alternativen Splicings rot im Vergleich zum konstitutiven Splicing schwarz Beim alternativen Splicing entscheidet sich erst wahrend des Spleissvorgangs welche RNA Sequenzen Introns und welche Exons sind Die Regulation erfolgt uber Splicefaktoren Proteine die Signale auf der RNA erkennen und die Auswahl der splice sites beeinflussen Dabei konnen unterschiedliche Formen des alternativen Splicings unterschieden werden Kassettenexons mutually exclusive exons das Uberspringen von Exons exon skipping oder das Benutzen unterschiedlicher 5 oder 3 Splice Sites alternative 5 3 splice site vgl nebenstehende Abbildung Viele Proteine aus nur einem Gen BearbeitenDie Entdeckung des alternativen Splicings bedeutet dass die Ein Gen ein Enzym Hypothese fur Eukaryoten nicht streng gilt Eine DNA Sequenz also ein Gen kann unterschiedliche Proteine codieren Auf diese Weise ist z B eine menschliche Zelle in der Lage mit ihren rund 20 000 Genen viele hunderttausend verschiedene Proteine herzustellen aus relativ wenigen Genen entsteht so ein ausserordentlich komplexes Proteom von 500 000 bis 1 000 000 Proteinspezies Die Informationsdichte der DNA wird also durch Superposition erheblich erhoht Demnach kann der Grundsatz ein Gen codiert fur ein Protein nicht stimmen da die Zahl der Proteine die Zahl der Gene weit ubersteigt siehe vorherigen Abschnitt Weil die Information uber die Sekundarstruktur der Proteine in der DNA enthalten sein muss mussen daher einzelne DNA Abschnitte fur mehrere Proteine zustandig sein beziehungsweise codieren Ein Extrembeispiel hierzu DSCAM ein Gen in Drosophila melanogaster welches das Richtungswachstum von Nervenzellen steuert hat mehrere Kassettenexons die miteinander kombiniert werden konnen wodurch sich rechnerisch eine Zahl von insgesamt 38 016 verschiedenen Proteinen aus nur diesem einen Gen ergibt Allerdings wurden nur wenige davon tatsachlich im Organismus nachgewiesen 7 Im Gegensatz dazu erscheint die Zahl an Genen in diesem Organismus mit ca 14 000 vergleichsweise klein Dies unterstreicht eindrucksvoll dass die Vielzahl an Proteinen in einem Organismus nicht primar durch die Zahl seiner Gene bestimmt ist sondern vielmehr durch das alternative Splicing der pra mRNAs Auswirkung auf die Genetik BearbeitenDie Zahl der menschlichen Gene ist nach Sequenzierung des Genoms mit jetzt ca 20 000 weit hinter den ursprunglichen Annahmen zuruckgeblieben Da jedoch fast jedes zweite Gen alternativ gespleisst werden kann lasst sich trotz der gering erscheinenden Zahl an Genen eine viel hohere Vielfalt an Proteinen erklaren Daher stellt gerade das Verstandnis des alternativen Splicings eine grosse Herausforderung bei der Erforschung der menschlichen Proteinvielfalt und somit auch dem Verstandnis von vielen Erkrankungen wie z B Krebs und Erbkrankheiten dar Spleissen und Evolution BearbeitenDas alternative Splicing stellt eine evolutionar besonders bedeutende Entwicklung bei den Eukaryoten dar Die Entstehung neuer Proteine kann erheblich leichter erfolgen als bei Prokaryoten namlich durch eine veranderte Regulation des Splicings Die Wahrscheinlichkeit dass ein durch alternatives Splicing neu entstandenes Protein funktionsfahig ist ist hoher als bei einem durch Mutation der codierenden DNA Sequenz entstandenen neuen Protein Jedes auf diese Weise im Rahmen der Evolution entstehende Protein enthalt zumindest mehrere bereits in anderen Proteinen funktionierende Aminosaure Sequenzen Dadurch wird die Anpassung von Eukaryoten an veranderte Lebensbedingungen erleichtert und beschleunigt Dies konnte ein entscheidender Schritt fur die Evolution von mehrzelligen Lebewesen mit langerer Generationsdauer gewesen sein Wahrend bei Bakterien zwischen zwei Generationen oft weniger als eine Stunde vergeht kann diese Zeit bei Eukaryoten Beispiel Mensch auf mehrere Jahrzehnte anwachsen Einzelnachweise Bearbeiten S M Berget C Moore P A Sharp Spliced segments at the 5 terminus of adenovirus 2 late mRNA In Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America Band 74 Nr 8 1977 S 3171 3175 doi 10 1073 pnas 74 8 3171 Human Genes Alternative Splicing Far More Common Than Thought Abgerufen am 4 Dezember 2020 englisch O Stoss u a Misregulation of pre mRNA splicing that causes human diseases Concepts and therapeutic strategies In Gene Ther Mol Biol Band 5 2000 S 9 30 researchgate net PDF Y Barash u a Deciphering the splicing code In Nature Band 465 Nr 7294 2010 S 53 59 PMID 20445623 E S Lander u a Initial sequencing and analysis of the human genome In Nature Band 15 Nr 409 2001 S 860 921 PMID 11237011 N A Faustino u a Pre mRNA splicing and human disease In Genes amp Dev Band 17 2003 S 419 437 cshlp org Campbell Biologiebuch englische Ausgabe S 362 Weblinks BearbeitenAlternatives Spleissen von Ionenkanalen des Gehirns in Bezug zu mentalen psychischen und psychomotorischen Krankheiten fast DB sehr gute Datenbank zum Thema mit vielen nutzlichen Suchwerkzeugen TassDB Datenbank fur Tandem Splice Sites bio pro de Alternatives Spleissen eine Grundlage der Proteomvielfalt Memento vom 10 Juli 2010 im Internet Archive 23 Februar 2006 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Alternatives Spleissen amp oldid 238436367