DNA-Transposon

Als DNA-Transposon, oft eigentlich unexakterweise einfach nur als Transposon bezeichnet, sind DNA-Sequenzen im Genom, die über eine DNA-Zwischenstufe ihren Locus verändern können.

Weiteres empfehlenswertes Fachwissen

Leitfaden zu den grundlegenden Laborkenntnissen

Sicherer Wägebereich zur Sicherstellung genauer Resultate

Richtiges Wägen mit Laborwaagen: Die Wägefibel

DNA-Transposons sind begrenzt von einer kleinen (8-40bp), gegenläufig-identischen, nicht informativen Nucleotidsequenz (inverted repeat oder IR). Diese sind für die Funktion der Transposase (das für das Springen verantwortliche Enzym), zwingend notwendig. Des Weiteren sind DNA-Transposons auch von 3-13bp langen gleichgerichteten Wiederholungen (direct repeats) umgeben. Diese gehören aber zur Wirts-DNA und entstehen dadurch, dass beim Integrieren, ähnlich wie bei einem Restriktionsenzym, an beiden Strängen versetzt geschnitten wird, dann das Transposon integriert wird und die Einzelstränge durch zelleigene Reparaturenzyme wieder aufgefüllt werden. Diese direct repeats werden deswegen auch als target site duplications bezeichnet. Beim Herausschneiden bleiben diese Duplikationen oft erhalten, sodass "Fußabdrücke" (foot prints) beim Herausschneiden des DNA-Transposons übrigbleiben, die also eine Insertion darstellen. Teilweise werden auch beide Duplikationen herausgeschnitten, sodass es effektiv zu einer Deletion kommt (die Duplikationen sind ja von der Wirts-DNA).

Gruppen prokaryotischer DNA-Transposons

Das einzige Gen, welches in einer Insertionssequenz enthalten ist, codiert das Enzym Transposase. Dieses katalysiert die Bewegung des Transposons von einer Stelle der DNA zu einer anderen. Dabei handelt es sich meist um eine konservative Transposition. Nur selten wird replikativ transponiert (alte Sequenz bleibt erhalten). Das Transposase-Gen wird beidseitig von Inverted Repeats flankiert.

Die sogenannte Tn3-Familie besitzt neben der Transposase auch eine Resolvase (tnpR) und enthält eine sogenannte "res-Site". Transposasen der Tn3-Familie schneiden im Gegensatz zu denen der IS-Elemente nicht zwingend an den eigenen IR, sondern auch an entfernteren IR der gleichen Familie. Dadurch wird ein großes Stück Wirts-DNA eingeschlossen (Kointegrat), das durch die Resolvase in der res-Site herausgeschnitten wird. Die Tn3-Familie transponiert zudem bevorzugt replikativ.

Auch gehören einige Phagen (nicht alle!), wie der Phage Mu zu den DNA-transponierbaren Elementen. Die Phagen vermehren sich im Stadium als Provirus, also im Genom integriert durch Transposition.

Eukaryotische DNA-Transposons

Eukaryotische DNA-Transposons sind nur teilweise ähnlich den prokaryotischen Vertretern. Vor allem die Transpositionsmechanismen sind recht unterschiedlich und einige DNA-Transposons weisen auch eine Intron-Exon-Struktur auf.

Recht bekannt ist das Ac-Element, an dem Barbara McClintock 1951 beim Mais "springende" Elemente postulierte und dafür 1983 einen Nobelpreis erhielt.

In Drosophila melanogaster sind die p-Elemente bekannte Vertreter von DNA-Transposons.

Bedeutung

DNA-Transposons machen etwa 3% des menschlichen Genoms aus, häufige Familien sind MER-1 (ca. 1,4%) und MER-2 (ca. 1,0%). Eine gut unterstützte Theorie geht davon aus, dass die Rekombinasen RAG1 und RAG2, die für die V(D)J-Rekombination bei der Immunglobulin-Produktion zuständig sind, von Transposasen abstammen, womit das Immunsystem der Wirbeltiere von DNA-Transposons abstammt.

DNA-Transposons können auch auf Plasmide springen und durch die Kointegrate somit Resistenzgene beinhalten. Es ist somit nicht auszuschließen, dass sie somit für die Verbreitung von Resistenzen gegen Antibiotika eine Rolle spielen.