Nichtkodierende Desoxyribonukleinsäure

Als nichtkodierende Desoxyribonukleinsäure (englisch noncoding DNA, früher auch junk DNA) werden diejenigen Teile der Desoxyribonukleinsäure (DNA) bezeichnet, die nicht für Proteine kodieren. Bei höheren Organismen wie Menschen, Tieren und Pflanzen ist der ganz überwiegende Teil der DNA in diesem Sinne nicht-kodierend. Auch diese Anteile der DNA haben aber vielfältige Funktionen.

Vorkommen

Protein-kodierende DNA dient als Vorlage für die Messenger-RNA, welche wiederum bei der Synthese der Proteine als Vorlage verwendet wird. Der erstere Vorgang wird als Transkription, der letztere als Translation bezeichnet. Auch nicht-kodierende DNA-Bereiche werden vielfach transkribiert, die resultierenden RNAs werden aber nicht für die Translation verwendet (Non-coding RNA). Klassische, schon lange bekannte Beispiele sind die ribosomale und die Transfer-RNA, die beide ebenfalls bei der Translation essentielle Funktionen haben, aber nicht als Vorlage dienen.

Nicht-kodierende DNA ist vor allem charakteristisch für Eukaryoten, bei denen sie den größten Teil des Genoms ausmacht, während ihr Anteil bei prokaryotischen Genomen nur 5-20 % beträgt.^[1]

In der menschlichen DNA werden zur Zeit etwa 95 % der Nukleotide als nichtkodierende DNA betrachtet, das heißt, maximal 5 % der Nukleotide, aus denen die DNA besteht, kodieren Erbinformation für Proteine. Das ENCODE-Projekt, bei dem die funktionellen Elemente des Genoms beschrieben werden sollen, ist zu dem Ergebnis gekommen, dass diese Bereiche jedoch trotzdem zu einem großen Teil transkribiert, also in RNA umgeschrieben werden. Eine neue Untersuchung widerspricht diesem Befund allerdings und kommt zu dem Ergebnis, dass nicht-kodierende Bereiche praktisch nicht transkribiert werden.^[2]

Beispiele

Weit verbreitet sind die sogenannten Pseudogene, Kopien von Genen, die aufgrund von Mutationen nicht mehr funktionsfähig sind. Sie gelten im Rahmen der Evolutionstheorie als Ausgangsmaterial für neue Gene mit neuen Funktionen.

Bedeutende Anteile der nicht-kodierenden DNA machen repetitive Sequenzen aus, die aus zahlreichen Wiederholungen einer Basensequenz bestehen.

Auch reguläre Gene enthalten nicht-kodierende Abschnitte: die Promotor-Region, die der Regulation der Aktivität des Gens (Genexpression) dient, und die Introns, die zwar mit transkribiert werden, deren Transkripte jedoch vor der Translation entfernt werden (Splicing). Weitere nicht-kodierende DNA-Abschnitte, die selbst nicht Bestandteile von Genen sind, aber durch Interaktion mit Promotoren bei der Regulation der Genexpression mitwirken, sind die Enhancer und Silencer.

Nicht-kodierend sind des Weiteren die Telomere, die Enden der Chromosomen.

Funktionen

Es ist heute weitgehend unbekannt, wie groß der Anteil nichtkodierender DNA ist, der eine Funktion ausfüllt.^[3] Auch wenn manche Bereiche nichtkodierender DNA, darunter besonders die ribosomale RNA, zu den am stärksten konservierten Sequenzen im Genom gehören und für viele weitere Typen mögliche Funktionen identifiziert wurden, ist es für den Großteil nichtkodierender DNA weiterhin unbekannt, ob sie funktional ist. Dagegen spricht das Ergebnis einer Studie, bei der zwei längere Abschnitte nichtkodierender DNA aus dem Genom von Mäusen entfernt wurde, was zu keinen merkbaren Unterschieden im Phänotyp führte.^[4]

Zu unterscheiden ist zwischen einer direkten Funktion im Organismus und einer langfristigen evolutionären Bedeutung. Manche Typen nichtkodierender DNA, wie Pseudogene oder Transposable Elemente haben eine wichtige Rolle in der Evolution inne, auch wenn sie keine unmittelbare Funktion ausfüllen ^[5].

Literatur

• Willingham, A.T. & Gingeras, T.R. (2006): TUF love for "junk" DNA. In: Cell.125(7):1215-1220. PMID 16814704 doi:doi:10.1016/j.cell.2006.06.009 PDF

Einzelnachweise

1. ↑ Mattick, J.S. & Makunin, I.V. (2006): Non-coding RNA. In: Hum. Mol. Genet. 15 (Review Issue 1):R17-R29. PMID 16651366 doi:doi:10.1093/hmg/ddl046 PDF
2. ↑ van Bakel H, Nislow C, Blencowe BJ, Hughes TR: Most “Dark Matter” Transcripts Are Associated With Known Genes. In: PLoS Biology. 8, Nr. 5, 2010. doi:10.1371/journal.pbio.1000371. Abgerufen am 22. Mai 2010.
3. ↑ C. I. Castillo-Davis: The evolution of noncoding DNA: how much junk, how much func? In: Trends in genetics : TIG. Band 21, Nummer 10, Oktober 2005, S. 533–536, ISSN 0168-9525. doi:10.1016/j.tig.2005.08.001. PMID 16098630. (Review).
4. ↑ M. A. Nóbrega, Y. Zhu, I. Plajzer-Frick, V. Afzal, E. M. Rubin: Megabase deletions of gene deserts result in viable mice. In: Nature. Band 431, Nummer 7011, Oktober 2004, S. 988–993, ISSN 1476-4687. doi:10.1038/nature03022. PMID 15496924.
5. ↑ C. Biémont, C. Vieira: Genetics: junk DNA as an evolutionary force. In: Nature. Band 443, Nummer 7111, Oktober 2006, S. 521–524, ISSN 1476-4687. doi:10.1038/443521a. PMID 17024082.