Forscher am Institute of Life Sciences der University of Michigan und am Howard Hughes Medical Institute haben herausgefunden, wie Satelliten-DNA, die als "Junk-DNA" bezeichnet wird, eine entscheidende Rolle bei der Genomassemblierung spielt. Die in der Zeitschrift eLife veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass genetischer Müll eine wichtige Rolle dabei spielt, sicherzustellen, dass die Chromosomen korrekt im Zellkern positioniert sind, was für das Überleben der Zellen wesentlich ist. Und diese Funktion scheint bei vielen Arten erhalten geblieben zu sein.
Warum wird Junk-DNA benötigt?
Perizentromere Satelliten-DNA besteht aus einer sehr einfachen und oft sich wiederholenden Sequenz genetischen Codes. Und obwohl es einen bedeutenden Teil unseres Genoms ausmacht, enthält die Satelliten-DNA keine spezifischen Anweisungen zur Herstellung spezifischer Proteine. Darüber hinaus wurde angenommen, dass seine Wiederholung das Genom weniger stabil und anfälliger für Verletzungen oder Krankheiten macht. Bis vor kurzem glaubten Wissenschaftler, dass "Junk" oder "egoistische" DNA keine Rolle oder keinen Zweck hatte.
"Wir konnten uns nicht einfach damit abfinden, dass dies nur genomischer Müll ist", sagt Yukiko Yamashita, Forschungsprofessor am LSI und Hauptautor der Studie. "Wenn wir es nicht brauchen und nichts davon bekommen, würde die Evolution es sicherlich loswerden." Das ist aber nicht passiert ".
Yamashita und ihre Kollegen beschlossen zu sehen, was passieren würde, wenn diese Zellen keine perizentromere Satelliten-DNA verwenden würden. Da es sich um lange, sich wiederholende Sequenzen handelt, können Wissenschaftler nicht einfach die gesamte DNA aus dem Genom mutieren oder abschneiden. Stattdessen ordneten sie das D1-Protein zu, das an Satelliten-DNA bindet.
Wissenschaftler haben D1 aus den Zellen eines weit verbreiteten Testorganismus, Drosophila melanogaster (Fruchtfliege), entfernt. Und sie entdeckten sofort, dass die Keimzellen - die normalerweise zu Sperma oder Eiern werden - absterben.
Weitere Analysen zeigten, dass die sterbenden Zellen Mikrokerne oder winzige Knospen außerhalb des Kerns bildeten, die Teile des Genoms enthielten. Ohne das gesamte im Kern eingekapselte Genom könnten die Zellen nicht überleben.
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Wissenschaftler glauben, dass das D1-Protein an Satelliten-DNA bindet und alle Chromosomen im Kern zusammensetzt. Wenn das D1-Protein keine Satelliten-DNA aufnehmen kann, verliert die Zelle ihre Fähigkeit, einen vollständigen Kern zu bilden, und stirbt ab. Weitere Tests zeigten, dass Satelliten-DNA für das Überleben der Zellen bei einer Vielzahl von Arten, die DNA in den Zellkern einbauen, einschließlich des Menschen, wesentlich ist.
Ilya Khel
