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Zerstückelte Gene

Für eine der grossen Überraschungen der Molekularbiologie des 20. Jahrhunderts sorgte diese Entdeckung: Gene von komplexen Lebewesen liegen nicht als kontinuierliche Abschnitte auf der DNA vor, sondern werden durch lange Stücke nicht-kodierender DNA unterbrochen.

Die kodierenden Teile werden als Exons, die nicht-kodierenden Sequenzen als Introns bezeichnet. Die Information eines Gens ist also zerstückelt und muss deshalb während der Genexpression zusammengefügt werden. Dazu wird zuerst eine RNA-Kopie des Gens als Vorläufer hergestellt, die prä-mRNA (Vorläufer mRNA). Die Introns dieser prä-mRNA werden anschliessend erkannt und durch eine riesige molekulare Maschine, dem Spliceosom, herausgeschnitten. Diesen Vorgang nennt man Splicing (das englische Wort für „Verspleissen“). Nach dem Splicing und weiteren Reifungsprozessen liegt die „reife“ mRNA vor.

Alternatives Splicing

Die Zerstückelung der Gene scheint auf den ersten Blick kompliziert und stellt die Zelle zudem vor die Herausforderung, die nicht-kodierenden Teile fehlerfrei zu erkennen und zu eliminieren. Weshalb wurde diese seltsame Architektur durch die Evolution begünstigt? Der modulare Aufbau von Genen bietet den Vorteil, dass die informationstragenden Abschnitte auf unterschiedliche Arten miteinander kombiniert werden können. Dieser Prozess wird auch alternatives Splicing genannt. So können zum Beispiel Menschen aus rund 22`000 Genen über 100`000 verschiedene Genprodukte herstellen. Da alternatives Splicing in komplexeren Organismen häufiger ist, wird spekuliert, ob dieser Mechanismus für die Entstehung von höheren Lebewesen eine zentrale Rolle gespielt hat.

Ein Exon zwischen Leben und Tod

Selbst kleine Unterschiede im Splicing-Muster eines Gens können dramatische Auswirkungen haben. Im hier gezeigten Beispiel bestimmt die An- oder Abwesenheit von Exon 6 in der reifen mRNA des Gens FAS darüber, ob das daraus hergestellte Protein das Überleben der Zelle begünstigt oder, im Gegenteil, zu ihrem Tod führt. Diese streng regulierte Form des Zelltodes ist in bestimmten Situationen beabsichtigt und dient dem Wohl des Organismus. Bereits früh wurde entdeckt, dass Mutationen, welche das Splicing von Genen beeinflussen, für Krankheiten verantwortlich sind. Beispiele hierfür sind Zystische Fibrose, Spinale Muskelatrophie, Duchenne-Muskeldystrophie und verschiedene Krebsarten.

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