Das unterschätzte Mutationspotential der Retrogene

mRNA-Moleküle von Retrogenen werden wieder in DNA umgewandelt und ins Erbgut eingebaut

2. Februar 2021

Eine neue Studie von Forschenden des Max-Planck-Instituts für Evolutionsbiologie in Plön und der chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking zeigt, dass die potentielle genetische Belastung durch Mutationen, die aus Retrogenen entstehen, deutlich größer ist als bisher angenommen.

Funktionsweise eines Retrogens. Bild vergrößern
Funktionsweise eines Retrogens.

Die genetische Information ist in der DNA gespeichert. Von dort wird sie als mRNA abgeschrieben und dann in Proteine übersetzt. Man weiß aber schon seit langem, dass mRNA auch wieder in DNA umgeschrieben und zurück ins Genom integrieren kann. Man spricht in solchen Fällen von Retrogenen. Ein Team des Max-Planck-Instituts für Evolutionsbiologie in Plön und des Zoologischen Instituts der chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking berichtet jetzt, dass dieser Prozess bisher um mindestens einen Faktor tausend unterschätzt wurde und zudem einen wesentlichen neuen Mutationsmechanismus darstellt.

Das hat vor allem zwei Gründe. Zum Einen berücksichtigen die gängigen Suchalgorithmen, die in der Genomsequenzanalyse verwendet werden, in der Regel keine neuen Insertionen von Retrogenen, sie bleiben daher in der Masse der Daten verborgen. Nur mit einem von den Autoren optimierten Algorithmus kann man sie systematisch entdecken. Zum anderen konnten die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen zeigen, dass die meisten der Retrogeninsertionen sehr kurzlebig sind. Bei den bisherigen Genomvergleichen zwischen Arten erschienen sie daher vergleichsweise selten zu sein.

Mutation durch Retrogene meist schädlich

Für die jetzt vorgelegte Studie war es daher entscheidend, Populationen zu untersuchen, die sich erst vor kurzem entwickelt haben. Die Autoren fanden heraus, dass Mäuse, die erst seit ca. 3000 Jahren getrennt sind, unterschiedliche Retrogene tragen. Retrogene entstehen also in jeder Population mit einer sehr hohen Rate neu, gehen aber auch vergleichsweise schnell wieder verloren. Der Grund ist, dass Retrogene selbst dann schädlich sein können, wenn sie in nicht-kodierende DNA integrieren. Wenn sie dort nämlich wieder in mRNA umgeschrieben werden, und dies ist für die meisten der Fall, kann diese neue mRNA die mRNA des Gens, von dem sie ursprünglich abstammen, negativ beeinflussen. Damit wirkt das Retrogen als regulatorische Mutation, die in aller Regel schädlich ist.

Die Forschenden zeigen, dass die genetische Belastung durch diesen Mechanismus höher ist als durch die bisher vor allem untersuchten Punktmutationen. Sie schlagen daher vor, dass man bei der Suche nach krankheitsauslösenden Mutationen in Zukunft auch den Retrogenmechanismus berücksichtigen muss.

"Vermutlich werden alle RNAs in einer Zelle kontinuierlich ins Erbgut eingebaut. Wir können auch davon ausgehen, dass bei Virusinfektionen die mRNA viraler Proteine ins Genom integriert werden. Bei der Fülle körpereigener mRNAs dürfte das allerdings kaum ins Gewicht fallen. Da die Keimzellen meist nicht von der Integration externer mRNA betroffen sind, werden solche Mutationen zudem in der Regel nicht vererbt“, sagt Diethard Tautz.

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