DNA Grundlagen Teil 3: DNA Expression

Im letzten Beitrag unserer DNA-Grundlagen-Reihe haben wir die Struktur der DNA beschrieben. Kurz zusammengefasst: DNA ist die Gebrauchsanweisung für jeden von uns.

Nukleotide sind die Buchstaben;

Sätze von drei aufeinanderfolgenden Nukleotiden, die Codons genannt werden, sind die Wörter;

Gruppen von Codons, die Gene genannt werden, sind die Sätze;

und Chromosomen sind vollständige Bände des 23-bändigen Handbuchs – eine Ausgabe davon wird von jedem Elternteil geerbt.

Aber wer liest das alles? Wer führt gerade die dort geschriebenen Anweisungen aus?

Info: Dieses Kapitel geht ein wenig auf die molekulare Bedeutung ein, aber wenn ihr euch an uns haltet, habt ihr eine wirklich solide Grundlage, um zu verstehen, wie DNA-Produkte funktionieren, von ethnischen Tests bis hin zu leiblichen Eltern, Kindern uvm.

RNA

Ribonukleinsäure (RNA) ist der DNA in vielerlei Hinsicht ähnlich. Es ist auch ein Molekül aus 4 Nukleotiden – A, U, G und C. A und U sind in der DNA komplementär wie A und T und auch G und C. Die Hauptfunktion der RNA besteht darin, DNA zu lesen. Stellt euch die DNA als den ursprünglichen Satz von Anweisungen vor, der in Tinte geschrieben ist, und RNA sind die mit Bleistift aufgenommenen Notizen. Die RNA kopiert Abschnitte der DNA – ein Prozess, der Transkription genannt wird, entsteht und setzt Proteine basierend auf diesen Notizen zusammen – ein Prozess, der translation genannt wird.

RNA Regulierung

RNA ist instabil. Sobald das Protein zusammengesetzt ist, werden die Notizen gelöscht, d. H. das RNA-Molekül fällt auseinander. Diese Instabilität der RNA ist ein wichtiges Merkmal, denn solange die RNA intakt bleibt, werden mehr und mehr Proteine zusammengesetzt (DNA-Expression). Indem RNA relativ schnell auseinander fällt, kann es regulieren, wie viel Protein übersetzt wird. Wenn viel Protein benötigt wird, werden mehr RNA-Moleküle von demselbem DNA-Abschnitt transkribiert, was zur Translation vieler Proteine führt.

RNA wird alternativ gespleißt. Ein anderer Weg, wie RNA die Ausführung der Anweisungen im DNA-Handbuch regelt, ist ein Mechanismus, der als alternatives Spleißen bezeichnet wird. Dies bedeutet, dass ein einzelner Befehl in DNA in RNA transkribiert werden kann und dann vor der Translation verschiedene Abschnitte gelöscht oder ausgeschnitten werden können; die restlichen Abschnitte werden dann zusammen gebracht.

Quelle: Agatham

Um zu funktionieren, benötigt unser Körper viele verschiedene Arten von Proteinen. Wenn jedes einzelne Protein eine eigene Anweisung hätte, hätten wir weit mehr DNA als die 3 Milliarden Nukleotidpaare, die wir bereits haben! Es gibt eine Grenze dafür, wie viel Material enthalten und gewartet werden kann. Wenn jedes Stück DNA nur ein einziges Protein produzieren könnte, hätten wir nicht annähernd alle Proteine, die wir für die Durchführung essentieller Funktionen benötigen. Die Tatsache, dass der Mittelsmann zwischen DNA und Proteinen, RNA, editiert werden kann, ist eine geniale Lösung.

Arten von RNA

Schauen wir uns zwei Arten von RNA genauer an: mRNA und tRNA.

mRNA ist die „Notiz in Bleistift“, die wir oben beschrieben haben. Das ist die RNA, die fast identisch mit einem Originalabschnitt der DNA aussieht und sich nach der translation relativ schnell zerlegt.

tRNA ist eine spezielle Art von RNA, die die mRNA liest und das Protein zusammenfügt. Es gibt 20 mögliche Aminosäuren, die für den Aufbau von Proteinen verwendet werden. Jede der Aminosäuren wird von einem einzigartigen tRNA-Molekül erkannt. Jede Gruppe von 3 Nukleotiden – Codons – wird von einer tRNA erkannt, die ihre jeweilige Aminosäure der wachsenden Kette hinzufügt, bis die gesamte Länge des Proteins zusammengesetzt ist.

Proteine

Sobald die Proteine zusammengesetzt sind, durchlaufen sie einige zusätzliche Modifikationen, als wenn sie korrekt gefaltet werden würden. Dann werden sie dorthin transportiert, wo sie innerhalb oder außerhalb der Zelle die ursprüngliche Anweisung ausführen sollen.

Wenn Fehler gemacht werden und das Protein nicht genau richtig ist, wird es in zellulären Mülltonnen, Proteasomen genannt, entsorgt. Ansonsten macht es sich auf den Weg, um seine Arbeit zu verrichten.

Variabilität über Ethnizitäten hinweg

Interessanterweise unterscheiden sich in einigen Fällen die Genexpression oder die Proteinkonzentrationen zwischen den Ethnizitäten.

Um euch eine MyHeritage-Ethnizitätsschätzung zu geben, lesen wir eure DNA und erstellen eine Datendatei mit den Informationen. Wir lesen nicht jedes Teil eurer DNA, der etwa 3 Milliarden Punkte beträgt. Dies ist eine teure Methode, die als Sequenzierung des gesamten Genoms bezeichnet wird und derzeit spezifischen klinischen und Forschungsanwendungen vorbehalten ist. Stattdessen konzentrieren wir uns auf das Lesen von ungefähr 700.000 Stellen in eurer DNA, von denen bekannt ist, dass sie zwischen Individuen variieren, so genannte Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs, ausgesprochen „Snips“). Diese Methode wird als Genotypisierung bezeichnet und erzeugt eine Datendatei, in der jeder von uns gelesene SNP, seine Position in der DNA und die beiden dort gefundenen Allele ( A, T, G oder C, die ihr von jedem Elternteil geerbt habt) aufgeführt sind. Durch die Analyse eurer Genotypen für bestimmte SNPs können wir abschätzen, wie viel Prozent eurer DNA aus jeder Ethnizität stammt.

Die Allelfrequenz bestimmter SNPs, z. B. wie wahrscheinlich es ist, dass ihr in bestimmten Positionen ein A oder ein T habt, ist mit verschiedenen Ethnizitäten assoziiert. Einige SNPs sind damit verbunden, wie viel eines bestimmten Gens dazu neigt, exprimiert zu werden. Um nur ein Beispiel zu nennen: Es gibt ein spezifisches Protein, das in britischen kaukasischen Menschen im Allgemeinen in unterschiedlichen Mengen gefunden wird, im Gegensatz zu jamaikanischen Menschen – dies aufgrund unterschiedlicher ethnischer Zugehörigkeits-Genotypen.

Das Dogma

Der Prozess der Genexpression – von DNA über RNA bis zu Proteinen – wird von Wissenschaftlern „Dogma“ genannt. Wenn ihr die Blogreihe „DNA Grundlagen“ bis jetzt verfolgt habt, habt ihr bereits ein sehr gutes Verständnis der DNA-Grundlagen. Wir hoffen, dass ihr dran bleibt, während wir in den kommenden Monaten weiterhin interessante DNA-Konzepte erforschen.