Nicht-codierende RNA – 300 Millionen Jahre konserviert

Uralte menschliche Gene, die keine Proteine herstellen – noch vor wenigen Jahren hätten Genforscher diesen Satz in der Luft zerrissen. Doch mittlerweile ist klar, dass das Erbgut mehr enthält als nur Baupläne für Proteine. Eine neue Studie zeigt, dass manche nicht-codierende RNA-Moleküle uralt und weit verbreitet sind.

98 % des Erbguts sind „DNA-Müll“ – ein Gen steuert die Produktion von Proteinen – Evolution wirkt nur auf Protein-Gene. Diese drei (Glaubens-)Sätze waren noch vor kurzem weitgehend unumstritten. Doch spätestens die bahnbrechenden Erkenntnisse des ENCODE-Projekts haben den Blick frei gemacht für die vielen faszinierenden Prozesse, welche – jenseits alter Dogmen – die Aktivität des Genoms steuern.

Fast das ganze Erbgut wird in RNA umgeschrieben, wie wir nun dank ENCODE ziemlich sicher wissen. Diese RNA kommt in vielerlei Formen, und zu den prominentesten gehören die long non-coding (lnc) RNAs: RNA-Moleküle mit mindestens 200 Nukleinbasen, die nicht für Proteine codieren und doch meist ähnlich reguliert werden wie klassische Protein-Gene. Tausende lncRNAs wurden bislang entdeckt, doch nur selten ist die Funktion bekannt.

Und wie steht es um die Evolution der lncRNAs? Auch hier ist wenig bekannt, was zum Teil daran liegt, dass – außer bei Mensch und Maus – die nicht-codierenden Bereiche in den meisten Tierarten nicht systematisch untersucht wurden. Der bewährte Ansatz, die Evolution von DNA-Sequenzen durch den Vergleich möglichst vieler Genome zu rekonstruieren, war bislang nicht möglich.

Die Analyse von gleich elf verschiedenen Genomen hat jetzt das Feld voran getrieben. Eine Schweizer Arbeitsgruppe um Anamaria Necsulea und Henrik Kaessmann definierten die lncRNAs in Menschen, allen Menschenaffen und Mäusen, aber auch in solchen Exoten wie Schnabeltier und Oppossum. Sie schauten sich polyadenylierten (also mit einer Kette von Adenosin-Nukleotiden versehen) RNA-Moleküle aus jeweils acht verschiedenen Organen an – am Ende summierte sich das auf sechs Milliarden gelesene Sequenzen.

Die Ausbeute war reich: 10 000 neue lncRNAs im Menschen wurden identifiziert, und nochmal 9 000 neue in der Maus. 13 353 lncRNAs tauchten dabei in mindestens drei Arten auf. 81 % dieser Sequenzen fanden sich nur bei Primaten. Und eine interessante Randnotiz: Mehrmals wurden die lncRNAs als ‚Gene‘ bezeichnet, offenkundig ungestraft von den strengen Nature-Gutachtern. Der Begriff ‚Gen‘ (allgemein gerade unter Beschuss) war bislang meist mit Proteinen verbunden – in der Anwendung auf lncRNAs zeigt sich also ein längst fälliger Paradigmenwechsel.

Aber der interessanteste Teil – zumindest für mich – betraf die Evolution der lncRNAs. Zwar entwickeln sich die Mehrzahl der lncRNAs relativ schnell (verglichen mit Protein-Genen), aber nicht wenige blieben auch über sehr lange Zeiträume konserviert. 2500 lncRNAs waren offenkundig älter als 90 Millionen Jahre, 425 sogar älter als 300 Millionen Jahre. Auch die Promoter (DNA-Bereiche, welche die Aktivität von Genen steuern) sind hoch konserviert. Die Natur hat sich also größte Mühe gegeben, diese lncRNA-Gene weitgehend getreu zu kopieren. Allgemein schließt man daraus: Diese lncRNAs sind extrem wichtig für den Organismus.

Damit ist klar, dass auch die Evolutionsforschung nicht darum herum kommt, sich näher mit den nicht-codierenden Sequenzen im Erbgut zu beschäftigen. Das Verständnis des Genoms kann nicht komplett sein, wenn man 98 % seines Inhalts ignoriert.

Quelle:
Necsulea et al. (2014). The evolution of lncRNA repertoires and expression patterns in tetrapods. Nature, 505 (7485), 635-40 PMID: 24463510

Mehr dazu auf wissensschau.de:

Nicht-codierende DNA: Mehr als „Schrott und Müll“

Schreibe einen Kommentar

Durch die weitere Nutzung der Seite stimmst du der Verwendung von Cookies zu. Weitere Informationen

Die Cookie-Einstellungen auf dieser Website sind auf "Cookies zulassen" eingestellt, um das beste Surferlebnis zu ermöglichen. Wenn du diese Website ohne Änderung der Cookie-Einstellungen verwendest oder auf "Akzeptieren" klickst, erklärst du sich damit einverstanden.

Schließen