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Korrekturleser wahrt probate Genregulation trotz schwacher Passwörter

Welche Gene zu welcher Zeit angeschaltet werden, ist hauptsächlich vom Erkennen bestimmter Codes (regulatorische DNA Sequenzen) durch Regulatoren (Transkriptionsfaktoren) abhängig. In den einzelligen Bakterien sind diese Passwörter meist zehn bis zwanzig Buchstaben lang und die Größe des Erbguts überschaubar, daher ist die Regulation hier mit thermodynamischen Gleichgewichtszuständen gut erklärbar, so Gasper Tkacik und Kollegen vom Institute of Science and Technology (IST) Austria in Klosterneuburg (NÖ).

Bei Mehrzellern sind die Passwörter aus irgendwelchen Gründen aber um die Hälfte kürzer und dadurch um ein Vielfaches schwächer, obwohl ihr bis tausend Mal umfangreicheres Erbgut viel mehr Möglichkeiten für Falscherkennungen bietet. Hier würde ohne zusätzliche Kontrolle zu viel Unsinn abgelesen und in Eiweißstoffe übersetzt, was Genetiker als "Crosstalk" (kreuz-und-quer-Reden) bezeichnen. Weil dadurch falsche Gene abgelesen werden, könne das verheerende Folgen für die Organismen haben, so die Forscher.

Korrekturlese-Mechanismus verbessert Genregulation

Sie zeigten nun in einem mathematischen Modell, dass die Zellen hier wahrscheinlich das gleiche Prinzip anwenden, wie beim "buchstabengetreuen" Kopieren des Erbguts, nämlich Korrekturlesen (Proofreading). Durch einen Korrekturlese-Mechanismus würde die Genregulation laut ihren Berechnungen enorm verbessert, so Tkacik im Gespräch mit der APA.

Können die Zellen vermeiden, Gene ständig fälschlicherweise abzulesen und unnötige bis schädliche Eiweißstoffe nach ihrer Vorlage zu produzieren, würde dies den nötigerweise erhöhten Energieaufwand und unvermeidbare Verzögerungen durch das Lektorat wieder wettmachen, meinen die Forscher. Paradoxerweise würde es auch das "Hintergrundrauschen" erhöhen. "Korrekturlesen gewährt zwar, dass Gene durch die richtigen Signale aktiviert werden, wann das genau passiert, ist aber vom Zufall beeinflusst", erklärt er. Damit kann die Zelle zwar exakt herstellen, was sie braucht, in der Produktion gäbe es aber größere Schwankungen.

Das Korrekturlesen könnten eventuell sogar die Eiweißstoffe übernehmen, welche die Gen-Vorlagen des Erbguts abschreiben (RNA Polymerase), oder die "Histone", in die es verpackt ist, so die Forscher. "Dies wären zwei konkrete Mechanismen, die mit unserem Modell konsistent sind, aber das Gen-Aktivieren beinhaltet auch sehr viele andere Schritte, wo ein Korrekturlesen möglich wäre", so Tkacik.

Service: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.248101

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