Was macht uns zu Menschen?

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Autor: fee
Diese Frage ist alt und schon tausendmal gestellt worden, doch eine fundierte Antwort bleibt bis heute aus. Wir teilen bis zu 98% der codierenden DNA mit unseren nächsten Verwandten, den Schimpansen (Pan troglodytes) und doch unterscheiden wir uns markant von ihnen. Wir haben gelernt Feuer zu verwenden und Nützliches wie das Rad, die Dampfmaschine oder sogar einen Computerschaltkreis zu erfinden. Da muss also etwas sein und mit hoher Wahrscheinlichkeit ist es irgendwo in den Milliarden von DNA Bausteinen versteckt.

180px Primate skull series with legend Was macht uns zu Menschen?

Der größte Teil der DNA in menschlichen Zellen ist nicht kodierend und wurde, als man dies entdeckte, fälschlicherweise als Junk-DNA (Abfall-DNA) verschrien. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler viel neues in diesen nicht-kodierenden Bereichen entdeckt, wie zum beispiel Mikro-RNAs, die regulatorischen Einfluss auf diverse Genexpressionen ausüben.
Nun haben Forscher grosse Bereiche dieser nicht-kodierenden Bereiche etwas genauer unter die Lupe genommen und dabei Mensch, Schimpanse und einen niederen Primaten, den Makaken verglichen. Dabei stiessen sie auf einen Abschnitt von 546 Basenpaaren Länge, der sich seit der Entwicklung der Wirbeltiere nur wenig verändert hatte. Jedoch hatten sich in der relativ kurzen Zeit von 6 Millionen Jahren, seit sich die Entwicklungszweige von Mensch und Schimanse trennten, 16 Veränderungen etabliert, die alle in einem Abschnitt von 81 Basenpaaren clusterten. So etwas ist für einen genetischen Detektiv ein eindeutiges Indiz, dass weitere Untersuchungen gewinnbringend sein könnten.
Und das waren sie auch (S. Prabhakar, Science, Aug 2008). Injiziert man diese Genabschnitte von Mensch, Schimpanse und Makake in sich entwickelnde Mausembryos, so aktivierten alle die Expression von Genen in den Augen, Ohren und in den embryonalen Kiemenbögen, die später den Kiefer bilden.
Die menschliche Sequenz steigerte aber zusätzlich noch die Aktivität von Genen in den primordialen Daumen, den Vorder- und Hinterbeinen und den Zehen. Ein solcher Einfluss könnte möglicherweise zu den spezifischen Veränderungen geführt haben, die uns Menschen erlaubt aufrecht zu gehen. Ein möglicher Mechanismus hierfür könnte eine vereinfachte Bindung von Transkriptionsfaktoren an die veränderten DNA-Abschnitte sein, die dann auf- oder abwärts liegende Gene beeinflussen könnten.
Ein neuer Teilbereich der entwicklungsgenetischen Forschung, der bestimmt noch viele Überraschungen und neue Erkenntnisse birgt.

Shyam Prabhakar, Axel Visel, Jennifer A. Akiyama, Malak Shoukry, Keith D. Lewis, Amy Holt, Ingrid Plajzer-Frick, Harris Morrison, David R. FitzPatrick, Veena Afzal, Len A. Pennacchio, Edward M. Rubin,James P. Noonan (2008). Human-Specific Gain of Function in a Developmental Enhancer Science, 321 (5894), 1346-1350

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Kategorie: Wissenschaftsnews

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RSSKommentare (7)

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  1. Argent23 sagt:

    Das Argument von den dummen Wissenschaftlern, die alles im Genom außerhalb der Gene als nutzlose junk DNA abgetan haben, ist eigentlich gar keins. Es ist nämlich eine Erfindung der Medien, um neue Erkenntnisse wie diese hier reißerisch darstellen zu können.
    Schon kurz nach der Entdeckung des genetischen Codes und der Struktur von Genen in den 1960ern war nämlich klar, dass es außerhalb der codierenden Bereiche auch wichtige regulatorische Sequenzen gibt. Und das ist nunmal kein Müll, das hat nie jemand behauptet.
    Vielmehr wird der Begriff junk DNA für die Bereiche im Genom verwendet, die gesichert (also wissenschaftlich überprüft) keine Funktion besitzen. Das macht im menschlichen Genom über 50% aus! Beispiele davon wären Pseudogene, die allermeisten Introns, repetitive Elemente, etc.

    Larry Moran hat auf Sandwalk eine ganze Reihe von Posts zu dem Thema, in dem er Arten von genetischen Elementen einzeln bewertet, ob sie eine Funktion besitzen oder nicht. Bilanz bisher: Vom menschlichen Genom sind gesichert essentiell ca. 4,5%, gesichert junk sind ca.54%.

    [Antwort]

  2. fee sagt:

    Bin mir ja nicht so sicher, welchen Zweck diese Junk DNA dann hätte. Und etwas nutzloses entsorgt die Evolution normalerweise recht effektiv (auch ein altes Argument; Ich weiss!). Aber das klingt als wüsstest du wovon du sprichst! Danke

    [Antwort]

  3. Argent23 sagt:

    Gut, das ist eine andere Frage – erst mal wissen wir, dass diese Elemente da sind und keine Funktion haben. Warum sie da sind, darüber könnte man wieder ein paar Blogposts schreiben ;-) Es wird wahrscheinlich auch für jede Art von Element eine andere Antwort sein. Beispiel Transposons: Die kopieren sich selbst im Genom hin und her und vermeiden dadurch, entfernt zu werden. Der größte Teil der transposablen Elemente ist aber tatsächlich schon dabei, entsorgt zu werden. Man findet nämlich nur ganz wenige noch aktive Transposons, der Rest hat diese Fähigkeit verloren und sitzt nur noch im Genom rum und nimmt Platz weg.
    Carl Zimmer hat übrigens gestern auch genau dieses Thema aufgegriffen.

    Aber jetzt mal Details beiseite, ich wollte dir eh schon mal schreiben, dass ich dein Blog sehr gern lese! Du gehörst auch zu den Leuten, die die für mich unglaubliche Fähigkeit besitzen, über alle möglichen Themen verständlich zu schreiben. Das könnte ich so nicht, Respekt!

    [Antwort]

  4. fee sagt:

    Was für ein Lob! Vielen Dank und das gleiche auch rückwirkend! Deinen Blog lese Ich auch sehr gerne!
    Die Diskussion über das Barcoding finde ich sehr interessant! Ich hab neulich mal gelesen, dass jemand DNA-Barcodes in Autolacke einbringen will und so kleinste Abriebe an Unfallautos oder auch Opfern per PCR zu einer Identifizierung des Verursachers verwendet werden könnten.
    Nochmal zu unserer Diskussion: In meinem aktuellen Experiment untersuche Ich die Methylierung des FoxP3-Gens, und das im ertsen Intron downstream, für das gezeigt wurde, dass eine relativ grosse Region (ca. 500bp) mit Transkriptionsfaktoren interagiert. Ausserdem gibt es eine region ca 3000bp upstream (Junk-DNA?) die ähnliches macht und eine 3D-Loop-Struktur formt.
    Ich könnte mir vorstellen, dass wir einfach noch nicht wissen, nach was wir da suchen müssen.
    Zu den Transposons habe ich kürzlich gelernt, dass Gene, die an der Bildung der Muttermilch beteiligt sind, auf einem Rerotransposon liegen, also wahrscheinlich einmal als Retrovirusinfektion inkorporiert wurden. Alles echt wild! Grüsse an die Holliday Junction

    [Antwort]

  5. Argent23 sagt:

    Das bestreitet gar niemand, dass es nicht Introns oder Transposons etc. gibt, die eine Funktion haben. Ein tolles Beispiel für Introns mit Funktion sind die Mirtrons, d.h. Introns, in denen ein Gen für eine miRNA sitzt. Oft noch sogar mit regulatorischer Funktion für das Gen, in dem sie liegt!
    Solche Fälle sind aber eher selten, wenn man es auf das gesamte Genom betrachtet. Nehmen wir mal Transposons, mit denen ich mich besser auskenne: Davon gibt es im Genom einige wenige Elemente, die selbst aktiv sind, aber tausende von verkürzten Elementen. Die SINEs sind verkürzte Formen der LINEs und parasitieren die Transpositionsmaschinerie der LINEs. Ähnlich verhält es sich bei DNA Transposons mit den autonomen Elementen und davon abstammenden MITEs. Die bestehen oft sogar aus wenig mehr als den inverted repeats an den Enden. So etwas kann für die Zelle keine Funktion haben, sondern muss ein Parasit sein.

    In solchen Diskussionen kommt oft auch das Argument auf, dass z.B. ein Transposon (oder ein MITE), das in ein Gen integriert, wichtige evolutionäre Folgen haben könnte. Oder dass die Introns durch exon shuffling zur Proteindiversität beigetragen haben. Das sind für mich aber eher indirekte Effekte, die aus der Notwendigkeit der Zelle entstehen, mit diesem ganzen Müll klarzukommen. Versteh mich nicht falsch, da können jede Menge cleverer Ergebnisse rauskommen, aber bevor es soweit kommt ist das erstmal Flickwerk.
    Ich stell mir das in etwa so vor: Falls mal Aliens unseren Tagesablauf beobachten sollten, dann könnten sie vermuten, dass unser Müll relativ wichtig für uns ist. Schließlich weichen wir mehrmals am Tag von unseren Wegen ab, um ihn in besondere Behälter zu werfen, von dort dann zu sammeln, etc. Wir könnten jedenfalls viel Zeit sparen, wenn wir den Müll einfach fallen lassen würden. Fehlinterpretation von Beobachtungen von seiten der Aliens. Aber es geht noch weiter, denn ich kann diesen Umweg zum Mülleimer ja auch sinnvoller gestalten. Z.B. kann ich mir dann in der Küche gleich noch was zu Essen holen.
    Was ich damit sagen will ist folgendes: Nur weil wir in wenigen Fällen finden, dass der Müll im Genom von der Zelle benutzt wird, ist das trotzdem immer noch Müll. Das ist aber ein Thema, das uns so schnell nicht verlassen wird, weil es so sehr auf Meinungen beruht.

    Danke für dein Lob übrigens!

    [Antwort]

  6. longuis sagt:

    schöner Eintrag! Gefällt mir gut

    [Antwort]

  7. [...] ihn von seinen nächsten Verwandten? Darüber gibt es eine Menge Meinungen und auch hier wurde schon darüber gerätselt. Doch trotz Humanem Genom Projekt und diverser [...]

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