Document ID: /fineweb-2-swissfilter-quality_10-filterrobots/filtered/03640.jsonl.gz/831

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 im Zellkern (und basierend auf der Information in der DNA) 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 „Spleissen“). Nach dem Splicing und weiteren Reifungsprozessen liegt die „reife“ mRNA vor, welche dann ins Zytoplasma transportiert wird, wo das entsprechende Eiweiss hergestellt werden kann (mehr dazu hier).
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 "Gen-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. Das heisst: aus einem Gen können mehrere Eiweissvarianten hergestellt werden. So braucht zum Beispiel eine Muskelzelle eine andere Variante eines bestimmten Eiweisses, als eine Nervenzelle, um korrekt funktionieren zu können. Auf diese Weise können Menschen aus rund 22'000 Genen geschätzt mehr als 100'000 verschiedene Eiweisse herstellen. Da alternatives Splicing in komplexeren Organismen (z.B. im Menschen) häufiger ist als in weniger entwickelten Lebewesen (z.B. Hefezellen), wird vermutet, dass dieser Mechanismus für die Entstehung von höheren Lebewesen eine zentrale Rolle gespielt hat. Ein extremes Beispiel für alternatives Spleissen ist das DSCAM Gen der Fruchtfliege: Aus diesem einen Gen könnten durch alternatives Spleissen über 35'000 Varianten des Eiweisses hergestellt werden - es gibt also mehr Eiweissvarianten bereits für dieses eine Gen, als es unterschiedliche Gene in der Fruchtfliege gibt!
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 (beispielsweise müssen in der Entwicklung komplexer Lebewesen häufig bestimmte Zellen gezielt aus dem Organismus entfernt werden). 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. Das Splicing zu korrigieren ist deshalb eine mögliche Therapie für diese Krankheiten. Im Falle der Spinalen Muskelatrophie gibt es beispielsweise bereits zwei zugelassene Medikamente, die über Splicing-Korrektur wirken. Eines dieser Medikamente ist selbst ein RNA-ähnliches Molekül.