Welche Funktion(en) haben Alu-Elemente in der Zelle?

Alu-Elemente sind eine Art transponierbare Elemente. Sie besitzen die Mittel zu ihrer eigenen Vervielfältigung und Bewegung. Alu ist ein SINE-ähnliches Element, das von RNA Pol III transkribiert wird, und so kann eine einzelne DNA-Kopie mehrere RNA-Kopien erstellen, die jeweils in die DNA eingefügt werden können, also ist es kein Wunder, dass sie eine sehr hohe Kopienzahl haben. Hier ist ein Bild von einem Mittel zum Einfügen http://www.nature.com/nrg/journal/v3/n5/box/nrg798_BX1.html , obwohl es wahrscheinlich andere gibt.

Sie haben per se keine "Funktion", da sie nicht ausgewählt werden, sie werden nur selten dagegen ausgewählt und es gibt so viele von ihnen. Sie fügen keine Funktionalität hinzu, sondern sind eher die Hälfte des „Krieges“ zwischen transponierbaren Elementen und Viren gegen die Evolution des Genoms, um den von ihnen verursachten Schaden zu mindern. Sie werden natürlich häufig als Quelle neuer DNA für die Sequenzentwicklung verwendet oder können verwendet werden, um Transpositionen oder andere Chromosomenumlagerungen zu erzeugen, aber meistens verursachen sie einfach nicht zu viel Schaden und neigen daher dazu, sich im Genom anzusammeln.

Aufgrund der Retrotransposon-Fähigkeit von Alu und anderen eingestreuten Elementen kann die Insertion in Teile des Genoms zur genetischen Vielfalt in der Bevölkerung beitragen. Dies kann analog zu zufälligen Punktmutationen sein, die sich im Laufe des Lebens angesammelt haben.

Einige dieser Mutationen können vorteilhaft sein und die allgemeine Fitness des Organismus erhöhen. Viele dieser Mutationen und zufälligen Einfügungen sind jedoch schädlich, insbesondere wenn sich Elemente in essentielle Gene oder Tumorsuppressorgene einfügen (was zu Krebs führt).

Ich habe das wirklich nicht studiert, aber Wikipedia macht gute Arbeit, indem es über einige der Funktionen spricht, insbesondere über die damit verbundenen Krankheiten, die sich aus Änderungen in diesen Sequenzen ergeben. Besonders interessant ist dieser Satz:

Die Entdeckung der Alu-Unterfamilien führte zur Hypothese von Master-/Quellgenen und lieferte die endgültige Verbindung zwischen transponierbaren Elementen (aktive Elemente) und eingestreuter repetitiver DNA (mutierte Kopien aktiver Elemente).

Der Artikel geht weiter auf die Auswirkungen von Alu-Änderungen ein:

Alu-Elemente sind eine häufige Quelle für Mutationen beim Menschen, aber solche Mutationen sind oft auf nicht codierende Regionen beschränkt, wo sie wenig erkennbare Auswirkungen auf den Träger haben [Zitieren erforderlich]. Die erzeugte Variation kann jedoch in Studien über die Bewegung und Abstammung menschlicher Populationen verwendet werden [Zitieren erforderlich], und die mutagene Wirkung von Alu [9] und Retrotransposons im Allgemeinen [10] hat eine wichtige Rolle in der jüngsten Entwicklung der Menschliches Genom. Es gibt auch eine Reihe von Fällen, in denen Alu-Insertionen oder -Deletionen mit spezifischen Wirkungen beim Menschen verbunden sind:

Assoziationen mit menschlichen Krankheiten

Alu-Einfügungen sind manchmal störend und können zu Erbkrankheiten führen. Die meisten Alu-Variationen fungieren jedoch als Marker, die mit der Krankheit segregieren, sodass das Vorhandensein eines bestimmten Alu-Allels nicht bedeutet, dass der Träger die Krankheit definitiv bekommt. Der erste Bericht über eine Alu-vermittelte Rekombination, die eine vorherrschende vererbte Prädisposition für Krebs verursacht, war ein Bericht aus dem Jahr 1995 über erblichen Darmkrebs ohne Polyposis.

Die folgenden menschlichen Krankheiten wurden mit Alu-Insertionen in Verbindung gebracht:

Brustkrebs

Ewing-Sarkom

Familiäre Hypercholesterinämie

Hämophilie

Neurofibromatose

Diabetes mellitus Typ II

Und die folgenden Krankheiten wurden mit Einzelnukleotid-DNA-Variationen in Alu-Elementen in Verbindung gebracht, die sich auf die Transkriptionsniveaus auswirken:

Alzheimer-Krankheit

Lungenkrebs

Magenkrebs

Andere alu-assoziierte menschliche Mutationen

Das ACE-Gen, das Angiotensin-converting_enzyme kodiert, hat 2 gängige Varianten, eine mit Alu-Insertion (ACE-I) und eine mit Alu-Deletion (ACE-D). Diese Variation wurde mit Veränderungen der sportlichen Leistungsfähigkeit in Verbindung gebracht: Das Vorhandensein des Alu-Elements wird mit einer besseren Leistung bei ausdauerorientierten Veranstaltungen (z. B. Triathlon) verbunden, während sein Fehlen mit einer kraft- und leistungsorientierten Leistung verbunden ist

Die Duplikation des Opsin-Gens, die zur Wiedererlangung der Trichromie bei Primaten der Alten Welt (einschließlich Menschen) führte, wird von einem Alu-Element flankiert, was die Rolle von Alu bei der Entwicklung des Dreifarbensehens impliziert.

Dazu gibt es natürlich noch viel zu lernen. Zum Beispiel hat die Universität von Iowa ein Team, das diese "Junk"-DNA untersucht .

Ein Teil der Antwort darauf, wie und warum sich Primaten von anderen Säugetieren und Menschen von anderen Primaten unterscheiden, könnte in den sich wiederholenden Abschnitten des Genoms liegen, die einst als „Müll“ galten.

Eine neue Studie von Forschern des Carver College of Medicine der Universität von Iowa stellt fest, dass, wenn ein bestimmter Typ eines sich wiederholenden DNA-Segments, das als Alu-Element bekannt ist, in vorhandene Gene eingefügt wird, dies die Geschwindigkeit verändern kann, mit der Proteine ​​​​produziert werden - a Mechanismus, der zur Evolution verschiedener biologischer Merkmale bei verschiedenen Arten beitragen könnte. Die Studie wurde in der Ausgabe vom 15. Februar der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht.

"Wiederkehrende Elemente des Genoms können einen Spielplatz für die Schaffung neuer evolutionärer Merkmale bieten", sagte der leitende Studienautor Yi Xing, Ph.D., Assistenzprofessor für Innere Medizin und biomedizinische Technik, der eine gemeinsame Berufung am UI Carver College innehat of Medicine und dem UI College of Engineering. „Indem wir verstehen, wie diese Elemente funktionieren, können wir mehr über genetische Mechanismen erfahren, die zu einzigartigen menschlichen Eigenschaften beitragen könnten.“

Alu-Elemente sind eine spezifische Klasse repetitiver DNA, die erstmals vor etwa 60 bis 70 Millionen Jahren während der Evolution der Primaten auftauchte. Sie existieren nicht in Genomen anderer Säugetiere. Alu-Elemente sind die häufigste Form mobiler DNA im menschlichen Genom und können an verschiedene Positionen in der Genomsequenz transponieren oder springen. Wenn sie in Regionen des Genoms springen, die bereits vorhandene Gene enthalten, können diese Elemente zu neuen Exons werden – Teilen von Boten-RNAs, die die genetische Information tragen.

Es gibt eine Veröffentlichung von Srikanta et al. mit dem Titel „ Ein alternativer Weg für Alu-Retrotransposition schlägt eine Rolle bei der Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen vor “ (PDF).

Ich hoffe, das hilft.