Unterabschnitte
Exons und Introns
Bei den Eukaryonten sind die meisten Gene von langen Sequenzen ohne
Inhalt unterbrochen. Diese Sequenzen werden Introns genannt und werde
durch das Spleissen vor der Translation der aus der mRNA entfernt.
Die Introns enthalten in allen Leserastern Stopcodons und hat keine
Codierungsfunktion. Die Exons sind immer in der gleichen Reihenfolge
angeordnet, in der sie auch auf der mRNA vorliegen. Die Introns
haben immer die gleiche Struktur - unabhängig davon, in welchem
Gewebe das Gen vorliegt.
Bei miteinander verwandten Genen findet man häufig eine konservierte
Anzahl und Position der Introns, die allerdings in ihrer Länge
variieren können.
Nur ine geringe Anzahl der Gene ist nicht von Introns unterbrochen,
wobei die Introns ein vielfaches der Länge der Exons bis hin zu
einigen kb lang sein können. Dadurch werden die Gene selbst auch sehr
lang - vor allem im Vergleich mit einfachen Eukaryonten wie Hefe, wo
sich nur wenige Introns finden.
Durch dieseb Mechanismus ist es möglich, dass aus einer DNA in
Abhängigkeit von dem Spleissvorgang unterschiedliche mRNAs
entstehen. Teilweise ergibt sich dadurch ein anderes Protein oder aber
eine modifizierte 3'-UTR, die die weitere Verarbeitung der RNA
verändert. Dieser Vorgang wird alternatives Spleissen genannt.
Da eine Veränderung der Introns im Verlauf der Evolution keinen
Nachteil hatte, haben sich diese mehr verändert als die Exons, bei
denen eine Mutation die Proteinsequenz verändert und somit negative
Folgen für den Organismus haben kann.
Dies kann man ausnutzen, um Gene zu isolieren. Wnn man das Gen
z.B. durch chromome walking in einem Bereich von ca. 100 kb
lokalisiert hat, beginnt man mit einem Zoo-Blot, bei dem bei einer
Reihe von Spezies untersucht wird, ob eine radioaktiv markierte Sonde
mit deren DNA kreuzhybridisiert. Wenn man viele Kreuzhybride findet,
handelt es sich bei der Sonde sehr wahrscheinlich um ein Exon. Wenn
die Sonde dann ein offenes Leseraster aufweist, kann man versuchen mit
ihr innerhalb einer Genbank nach der cDNA bzw. RNA zu suchen.
Diese Verfahren war vor allem bei sehr langen Genen wie dem der
Duchenne-Muskel-Dystrophie von Erfolg gekrönt.
Eine andere Möglichkeit, Exons zu finden ist das sogenannte exon
trapping. Dabei bringt man das zu untersuchende Fragment in einen
Vektor ein, der einen starken Promotor, gefolgt von einem Exon, einem
Intron und einem weiteren Exon enthält. Innerhalb des Introns fügt man
nun Bereiche der zu untersuchende DNA. Wenn diese ein Exon enthält,
wird dieses in dei produzierte RNA eingebaut. Anderenfalls ensteht das
gleiche Transkript wie auch beim Origianl-Vektor.
Die Entstehung der Introns könnte einen Selektionsvorteil bilden, da
auf diese Weise die Rekombination von Proteinen oder deren
Untereinheiten und Domänen leichter ist, als wenn bei diesem Prozess
auf die Einhaltung eines Lesesrasters geachtet werden muss.
Diese könnten dann auf der Ebene der RNA unterschiedliche gespleisst
werden und ihrem Effekt getestet und verbessert werden.
Diese These wird dadurch gestützt, dass man häufig den einzelnen Exons
unterschiedliche Aufgaben zuordnen kann. In manchen Genen ist jedes
Exon einer Proteindomäne zuzuordnen, in anderen ergibt sich gar kein
Zusammenhang.
Man nimmt an, dass Proteine ihre Funktion ausbauen, indem sie neue
Module einbauen.
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