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Fexx
Anmeldungsdatum: 05.11.2011
Beiträge: 279
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 Verfasst am: 02. März 2013 12:27 Titel: Funktion "Springender Gene" |
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Hallo zusammen!
"Springende Gene" werden offenbar genetische Elemente genannt, die während der gesamten Lebenszeit einer Zelle ihre Position im Genom verändern können. Eine besondere Art dieser Gene, die Retrotransposomen, sind wohl in der Lage, Kopien ihrer selbst ins Genom einzufügen.
Das alles verändert natürlich den Aufbau des Genoms und damit unter Umständen auch die Proteinbiosynthese.
So weit das Grundlegende - bitte korrigieren!
Zweifellos erhöht der Mechanismus der springenden Gene die Varibailität von Zellen, genauso wie es viele andere Faktoren auch tun. Das erscheint natürlich sinnvoll, da es letztlich nichts anderes als eine Anpassung an die Umwelt ist. Allerdings scheint das ganze ja eine permanent ablaufende Genomveränderung auf Zellebene zu sein.
Das mag bei somatischen Zellen nicht so sehr ins Gewicht fallen, gerade wenn die meisten Effekte von Retrotransposomen womöglich keine großen Einfluss haben. Bei Keimzellen erfüllt diese Förderung von Variabilität ihren eigentlichen Zweck, nämlich neue Individuen zu schaffen, die der Umwelt unter Umtänden besser angepasst sind. Das wäre prinzipiell kaum anders als Crossing-Over oder die Befruchtung selbst - all das schaffft schließelich eine Diversität auf Ebene der Individuen. Und wer dann schlecht angepasst ist, wird selektiert, ganz einfach.
Aber - und das ist, was ich nicht verstehe - was hat es für einen Vorteil, wenn Retrotransposomen auch z.B. in Vorläuferzellen des Hippocmapus außergewöhnlich aktiv sind?
Hier werden - gerade unter Stressbedingungen - Genelemente kopiert und versetzt, sodass neue, einzigartige Nervenezellen entstehen. Aber:
1.1 Wie wird hier selektiert, wenn die Änderung der Nervenzelle nun tendenziell eher negativ ist?
1.2 Falls es keine Selektion im Sinne vom Absterben "unbrauchbarer" Zellen gibt, so könnte die ja auf Ebene der Produktion stattfinden: Woher aber "wüsste" eine Vorläuferzelle im Hippocamspus, ob ihre Tochterzellen gut oder schlecht sind und wann sie die Aktivität iher Springenden Gene einstellen sollte? Teoretisch könnte ich mir hier eine Art Rückkopplung vorstellen, aber praktisch....ich weiß nicht so recht, wie das funktionieren sollte.
2. Wenn man animmt, dass Selektion hier eifnach nicht nötig ist, da negative Veränderungen nicht ins Gewicht fallen oder kompensiert werden können, warum fallen dann postivite Änderungen offenbar doch so sehr ins Gewicht, dass sich dieser Mechnaismus bei den neuronalen Vorläuferzellen gehalten hat?
3. Wie sehen die Änderungen der Nervenzellen überhaupt aus? Vorstellbar wäre ja alles mögliche, etwa, dass die entstandenene Tochterzelle bestimmte Receptoren verstärkt oder eben schwächer ausbildet, dass sie mehr/weniger/andere Transmitter synthetisiert usw. - die Liste wäre wohl endlos. Aber wie kann das einen entscheidenen Einfluss auf die Erregungsleitung des jeweilgen Bereichs haben, wenn es nur von einer Zelle ausgeht? Natürlich hat es einen Einfluss, aber inwiefern ist gerade der so vorteilhaft?
So, das soll erstmal genügen, sonst wird es nur noch wirrer, was ich schreibe - ich hoffe auf Aufklärung.
lg
(ursprüngliche Quelle: http://www.spektrum.de/alias/neurowissenschaften/was-jedes-gehirneinzigartig-macht/1159802) |
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jörg
Anmeldungsdatum: 12.12.2010
Beiträge: 2107
Wohnort: Bückeburg
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| Verfasst am: 03. März 2013 18:29 Titel: Re: Funktion "Springender Gene" |
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| Fexx hat Folgendes geschrieben: | | Aber - und das ist, was ich nicht verstehe - was hat es für einen Vorteil, wenn Retrotransposomen auch z.B. in Vorläuferzellen des Hippocmapus außergewöhnlich aktiv sind? |
Das muss nicht unbedingt von Vorteil sein, wie du ja auch schon selbst festgestellt hast. Ich kenne von den retrotransposablen Elementen eigentlich nur die ALU-Elemente genauer, deswegen beziehe ich mich im Folgenden darauf. Andere Retrotransposons haben andere Eigenschaften, die ich aber nicht genau kenne, prinzipiell ähneln sie sich aber.
Retrotransposons inserieren eigentlich eher nicht in codierenden Bereichen, sondern in Introns, 3'UTR oder anderen nichtcodierenden Bereichen, wie intergenetische Sequenzen oder ähnlichem. Sie haben also auf die Aminosäurenabfolge des Proteins keine unmittelbare Auswirkung, jedoch können sie z.B. Spleißstellen erzeugen oder andere regulatorische/prozessive Aufgaben erfüllen. Ihre Funktion ist häufig noch nicht ausreichend charakterisiert, um den gesamten Umfang ihrer Kapazitäten zu ermessen.
Soviel vorweg.
| Fexx hat Folgendes geschrieben: | | 1.1 Wie wird hier selektiert, wenn die Änderung der Nervenzelle nun tendenziell eher negativ ist? |
Na ja, negative Selektion auf zellulärer Ebene im Sinne von Apoptose oder ähnlichem existiert hier eigentlich nicht. Entweder die entsprechende Zelle/ das entsprechende Areal "funktioniert" hinsichtlich seiner neurobiologischen Eigenschaften "besser" (was auch immer das heissen mag. lasse ich hier aussen vor, da manchmal eine höhere Selektivität der Reizverarbeitung und manchmal eine geringere oder ganz andere Stoffwechseleigenschaften von Bedeutung sein können) oder eben nicht.
| Fexx hat Folgendes geschrieben: | | Woher aber "wüsste" eine Vorläuferzelle im Hippocamspus, ob ihre Tochterzellen gut oder schlecht sind und wann sie die Aktivität iher Springenden Gene einstellen sollte? |
Gar nicht, denn es handelt sich nicht um einen regulierten Mechanismus. Unter welchen konkreten Umständen eine vermehrte "Aktivität" retrotransposabler Elemente "erlaubt" ist, ist noch nicht klar.
| Fexx hat Folgendes geschrieben: | | 2. Wenn man animmt, dass Selektion hier eifnach nicht nötig ist, da negative Veränderungen nicht ins Gewicht fallen oder kompensiert werden können, warum fallen dann postivite Änderungen offenbar doch so sehr ins Gewicht, dass sich dieser Mechnaismus bei den neuronalen Vorläuferzellen gehalten hat? |
Hast du denn eine Idee, wie solche Elemente entstanden sein könnten, was also der evolutionäre Hintergrund ist?
| Fexx hat Folgendes geschrieben: | | 3. Wie sehen die Änderungen der Nervenzellen überhaupt aus? |
Das kommt darauf an, in was für einer Region sie inserieren und was für eine Funktion das entsprechende Gen hat. In einer 3'UTR z.B. können sie Expressionsregulatorische Aufgaben erfüllen. Erst kürzlich konnte auch gezeigt werden, dass sie an der Bildung zyklischer RNA-Spezies im Zellkern beteiligt sein können. Diese zyklischen RNAs können dann z.B. miRNAs binden, die damit ihrer Expressionshemmung bei anderen Genen nicht mehr zur Verfügung stehen. Die Kapazitäten solcher Elemente können also vielfältig sein, von Expressionsregulation eines einzigen Gens bis zur Einflussnahme auf die intranukleäre Konzentration anderer regulatorischer Elemente und damit eher "globalen" Effekten.
ALU-Elemente bilden Sekundärstrukturen, die im Zusammenhang mit ihrer regulatorischen Kapazität stehen.
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RNA?- just another nucleic acid? |
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Fexx
Anmeldungsdatum: 05.11.2011
Beiträge: 279
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| Verfasst am: 03. März 2013 22:39 Titel: Re: Funktion "Springender Gene" |
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Danke für die Antwort!
| jörg hat Folgendes geschrieben: |
Retrotransposons inserieren eigentlich eher nicht in codierenden Bereichen, sondern in Introns, 3'UTR oder anderen nichtcodierenden Bereichen, wie intergenetische Sequenzen oder ähnlichem. Sie haben also auf die Aminosäurenabfolge des Proteins keine unmittelbare Auswirkung, jedoch können sie z.B. Spleißstellen erzeugen oder andere regulatorische/prozessive Aufgaben erfüllen.
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Wenn Retrotransposons hauptsächlich nicht codierende Bereiche "erweitern" und damit beeinflussen, wie häufig welches Gen transkribiert wird, kann das aber trotzdem einen immensen Einfluss haben, oder? Wenn man sich zum Beispiel vorstellt, dass bestimmte Aminosäuresequenzen in Folge des Einbaus von Retrotransposons seltener synthetisiert werden, so könnte es doch passieren, dass komplexen Proteine nun ein Teil ihrer Untereinheiten fehlt. Dann könnte allein der Eingriff in die Regulation des Transkription zur Bildung fehlerhafter/neuer Proteine führen. Oder ist so etwas nicht möglich?
Abgesehen davon stelle ich mir aber auch den relativen Mangel oder Überschuss eines bestimmten Proteins als entscheidenen Faktor für die Eigenschaften der Zelle vor.
| jörg hat Folgendes geschrieben: |
Na ja, negative Selektion auf zellulärer Ebene im Sinne von Apoptose oder ähnlichem existiert hier eigentlich nicht. Entweder die entsprechende Zelle/ das entsprechende Areal "funktioniert" hinsichtlich seiner neurobiologischen Eigenschaften "besser" (was auch immer das heissen mag. lasse ich hier aussen vor, da manchmal eine höhere Selektivität der Reizverarbeitung und manchmal eine geringere oder ganz andere Stoffwechseleigenschaften von Bedeutung sein können) oder eben nicht. |
Hm, ja, genau das ist der Punkt. Ob nun der funktionelle Bereich "Hippocampus" nun besser funktioniert oder nicht, hängt eben weniger von der Funktion einer einzigen Zelle ab als viel mehr vom Zusammenspiel aller Zellen. Somit würde die Zelle A innerhalb der Zellen B, C und D eine ganz andere Rolle einnehmen als innerhalb von B, C, D, E, F usw.. Da es also immer auf den Kontext ankommt - es sei denn die entstandene Zelle A hat die Eigenschaft sich unkontrolliert zu teilen oder Ähnliches - ist die spezielle Ausrichtung der einzelnen Zelle vielleicht gar nicht so von Belang. Geht es also eher darum, einfach eine Dynamik in den entsprechenden funktionellen bereich hineinzubekommen, wenn Retrotransposomen aktiv sind?
Das ist auch, was des Öfteren als Grund für die Aktivtät der Retrotransposomen im Hippocampus angegebn wurde. Allerdings frage ich mich dann, warum eine solche Dynamik des funktionellen Bereichs durch Änderung auf genetischer Ebene vonstatten gehen muss, obwohl das ja wiegesagt das Risiko fehlerhafter Entwicklungen birgt. Warum reicht es nicht aus, das ständig neue Zellen in des Netzwerk der vorhandenen eingebunden werden? Das fördert die dynamik doch schon ungemein und erscheint mit weit "ungefährlicher".
| jörg hat Folgendes geschrieben: | | Gar nicht, denn es handelt sich nicht um einen regulierten Mechanismus. Unter welchen konkreten Umständen eine vermehrte "Aktivität" retrotransposabler Elemente "erlaubt" ist, ist noch nicht klar. |
Hm, also weiß man noch gar nicht, ob die Retrotransposomen der Hippocampus-Vorläuferzellen überhaupt immer gleich aktiv sind? Oder hat man hier bereits unterschiedliche Aktivitäten festgestellt, kennt nur die Gründe noch nicht?
| jörg hat Folgendes geschrieben: | | Hast du denn eine Idee, wie solche Elemente entstanden sein könnten, was also der evolutionäre Hintergrund ist? |
Duch Viren? Ein Großteil der nicht codierenden Bereiche und überhaupt unseres Genoms soll doch angeblich usrprünglich virale DNA gewesen sein. Das würde zumindest die Fähigkeit der Retrotransposons erklären, sich an scheinbar beliebiger Stelle ins Genom einzubauen.
Aber ist das überhaupt so beliebig? Die ganzen Viren, die wir im Verlauf der Evolution aufgenommen haben sind heute schließlich ein Teil von uns und spielen als regulatorische Bereiche der DNA eine wichtige Rolle bei der Ausprägung einer Zelle. Genauso tun es sicher auch die Retrotransposomen.
Abertrotzdem müsste man wohl herausbekommen, was die Retrotransposomen, abgesehen von ihrer Fähigkeit, weitere Variabilität im Netzwerk des Hippocamus zu schaffen, auszeichnet. In welche Richtung geht die Änderung einer Tochterzelle, deren Vorläuferzelle aktive Transpososns hatte? Gibt es hier ein Muster, dass etwa einhergehend mit der Aktivtität der Transosons vorallem die Synthese bestimmter "Proteinarten" verändert wird?
Und noch eine Frage: Wie wird verhindert, dass die DNA unbegrenzt in die Länge wächst, wenn permanent neue Segemente eingefügt werden? Allein da muss es doch einen regulierenden Mechanismus geben.
Oder habe ich hier womöglich eine falsche Vorstellung von der Lebenszeit und der Teilungsfähigkeit der besagten Vorläuferzellen? |
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Firelion
Anmeldungsdatum: 27.08.2009
Beiträge: 1878
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| Verfasst am: 03. März 2013 23:26 Titel: |
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Hi,
hm ich könnte mir vorstellen, dass die Länge der DNA dadurch begrenzt ist, dass ab einer gewissen Größe des Genoms es zu sovioelen Mutationen kommt, dass einfach zu viele Zellen nicht mehr funktionieren. Je mehr Basenpaare repliziert werden müssen, desto häufiger tauchen zufällige Fehler auf. Und je mehr Ferhler es gibt, desto leichter wird einer bei der Korektur durch das proofreading übersehen und desto häufiger kommt es zur Mutation.
Ein anderes Problem könnte sein, dass die DNA ab einer bestimmten Länge instabil wird oder es zur Ausbildung unerwünschter Sekundärstrukturen kommen könnte.
LG Firelion
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It is well known that a vital ingredient of success is not knowing that what you’re attempting can’t be done - Terry Pratchett
Zuletzt bearbeitet von Firelion am 03. März 2013 23:48, insgesamt einmal bearbeitet |
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Fexx
Anmeldungsdatum: 05.11.2011
Beiträge: 279
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| Verfasst am: 03. März 2013 23:47 Titel: |
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| Firelion hat Folgendes geschrieben: |
hm ich könnte mir vorstellen, dass die Länge der DNA dadurch begrenz ist, dass ab einer gewissen Größe des Genoms es zu sovioelen Mutationen kommt, dass einfach zu viele Zellen nicht mehr funktionieren. Je mehr Basenpaare repliziert werden müssen, desto häufiger tauchen zufällige Fehler auf. Und je mehr Ferhler es gibt, desto leichter wird einer bei der Korektur durch das proofreading übersehen und desto häufiger kommt es zur Mutation.
Ein anderes Problem könnte sein, dass die DNA ab einer bestimmten Länge instabil wird oder es zur Ausbildung unerwünschter Sekundärstrukturen kommen könnte.
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Ja, das sind genau die wohl Gründe, warum es - neben Energieverbrauch und der Größenzunahme an sich - keine Aktivität der Retrotransposomen über lange Zeit geben dürfte. 
Deshalb müsste die Aktivität dieser DNA-Segemente in Vorläuferzellen ja reguiert werden - nur wie? Oder wird bei den Vorläuferzellen schlicht irgendwann der Zelltod eingeleitet, weil sie ein zu großes Risiko darstellen? |
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jörg
Anmeldungsdatum: 12.12.2010
Beiträge: 2107
Wohnort: Bückeburg
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| Verfasst am: 04. März 2013 20:46 Titel: |
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Ich habe zwar nicht die umfangreichen Informationen zu somatischer Aktivität von Retroelementen und weiss damit auch nicht, wie "aktiv" sie in Neuronen sind, aber dennoch seien einige prinzipielle Worte dazu gesagt, denn ich glaube, dass du dir das tatsächlich etwas falsch vorstellst:
Allein von den Alu-Elementen exisiteren mehr als 1 Millionen Kopien pro humanem Genom, was etwa 11% des gesamten Genoms ausmacht (etwa 300 mio Basenpaare). Diese 11% sind dabei nur die Spitze des Eisberges, denn wenn ein Individuum eine "neue" Alu-Insertion aufweist unterliegt es ja auch den Selektionskriterien. Die Frequenz der "neuen" Alu-Insertionen beträgt etwa 1 Insertion auf 20 Geburten, was 5% entspricht. Die meisten dieser Insertionen haben entweder keine Konsequenz oder aber sie verlassen den Genpool wieder über Generationen. Ein kleiner Teil ist aber auch "schädlich", indem er z.B. Krankheiten verursacht und ein noch kleinerer Teil birgt Vorteile. Die oben erwähnten 11% sind also der kleine Teil, der sich im Laufe der Evolution stabil durchgesetzt hat. Davon ist nun aber noch lange nicht jedes Element auch tatsächlich replikationsfähig, von den 1 mio Kopien sind es nur eine Handvoll.
Soviel erst einmal als kleiner Eindruck von den Dimensionen, mit denen wir es zu tun haben. Wenn die 1 mio Kopien der Zelle "nichts tun", so ist anzunehmen, dass das Genom zumindest theoretisch beachtliche Grössen aufweisen kann ohne durch die reine Anzahl der Basenpaare in irgendeiner Weise kompromittiert zu sein.
Desweiteren kenne ich keine Studie, die zuverlässig die tatsächliche "Aktivität" dieser Elemente erfasst, denn wie will man zuverlässig zwischen einem Alu-Element unterscheiden, dass gerade als "es selbst" amplifiziert wird und einem, das Bestandteil einer anderen mRNA ist? Das kann man nur abschätzen. Also auch aus technischen Gründen gibt es da gewisse Schwierigkeiten. Auf den Spektrum-Artikel, zu dem du verlinkt hast, habe ich keinen Zugriff und kann also die entsprechende Quelle nicht recherchieren, aber womöglich kannst du hier über die Methoden berichten, mit denen die die retrotransposable Aktivität nachgewiesen haben.
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Fexx
Anmeldungsdatum: 05.11.2011
Beiträge: 279
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| Verfasst am: 06. März 2013 13:02 Titel: |
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| jörg hat Folgendes geschrieben: |
Allein von den Alu-Elementen exisiteren mehr als 1 Millionen Kopien pro humanem Genom, was etwa 11% des gesamten Genoms ausmacht (etwa 300 mio Basenpaare). Diese 11% sind dabei nur die Spitze des Eisberges, denn wenn ein Individuum eine "neue" Alu-Insertion aufweist unterliegt es ja auch den Selektionskriterien. Die Frequenz der "neuen" Alu-Insertionen beträgt etwa 1 Insertion auf 20 Geburten, was 5% entspricht. Die meisten dieser Insertionen haben entweder keine Konsequenz oder aber sie verlassen den Genpool wieder über Generationen. Ein kleiner Teil ist aber auch "schädlich", indem er z.B. Krankheiten verursacht und ein noch kleinerer Teil birgt Vorteile. Die oben erwähnten 11% sind also der kleine Teil, der sich im Laufe der Evolution stabil durchgesetzt hat. Davon ist nun aber noch lange nicht jedes Element auch tatsächlich replikationsfähig, von den 1 mio Kopien sind es nur eine Handvoll.
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Okay. Das bezieht sich aber auf die Retrotransposomen der Keimzellen, oder? Da kann ich die Aktivtät auf jeden fall nachvollziehen, egal, ob die Auswirkungen der eingebauten DNA-Elemente nun drastisch sind, oder meist gar nicht auffallen. Denn hier würde ja - wie du ja geschrieben hast - die Selektion auf Ebene ganzer Orgsnaimen ganz normal eingreifen.
Ich habe nur ein problem damit, wenn die Retrotranspsomen im einzelnen Individuum noch Aktivität zeigen, wo ja - offenbar - auf zellulärer Ebene in der Weise keine Selektion mehr stattfinden kann.
| jörg hat Folgendes geschrieben: | | Soviel erst einmal als kleiner Eindruck von den Dimensionen, mit denen wir es zu tun haben. Wenn die 1 mio Kopien der Zelle "nichts tun", so ist anzunehmen, dass das Genom zumindest theoretisch beachtliche Grössen aufweisen kann ohne durch die reine Anzahl der Basenpaare in irgendeiner Weise kompromittiert zu sein. |
Einen Einfluss haben solche stillen Basenpaare aber trotzdem, oder nicht? Alleine die Tatsache, dass sie die Architektur des genoms verändern, ohne die gene selbst zu beeinflussen, macht doch schon etwas aus. Und genau das wäre ja dann auch bei somatischen Zellen (im Hippocmapus) der Fall.
| jörg hat Folgendes geschrieben: | | Desweiteren kenne ich keine Studie, die zuverlässig die tatsächliche "Aktivität" dieser Elemente erfasst, denn wie will man zuverlässig zwischen einem Alu-Element unterscheiden, dass gerade als "es selbst" amplifiziert wird und einem, das Bestandteil einer anderen mRNA ist? Das kann man nur abschätzen. Also auch aus technischen Gründen gibt es da gewisse Schwierigkeiten. Auf den Spektrum-Artikel, zu dem du verlinkt hast, habe ich keinen Zugriff und kann also die entsprechende Quelle nicht recherchieren, aber womöglich kannst du hier über die Methoden berichten, mit denen die die retrotransposable Aktivität nachgewiesen haben. |
Die sind leider nur sehr oberflächlich beschrieben: Es ist von genmanitpulierten Mäusen die Rede, deren Zellen grün flouriszieren, wenn sich ein L1-Element irgendwo im Körper ins genom einbaut (mit "L1 Element" soll "Long Interspersed Element 1" oder LINE1 gemeint sein).
Wie das genau funktioniert, wird nicht so recht deutlich. Wenn man aber den Aufbau der L1-Elemente kennt, so wird man wohl über ein Virus die genetische Information für ein Protein ins genom der Mäuse eingebracht haben, sodass nach der Proteinbiosynthese letztlich ein Molekül frei wird, das nur in Verbindung mit den L1-Elementen seine flouriszierenden Eigenschaften zeigt. Könnte das (grob) die Methode sein?
Ich frage mich nur, in wie weit die Technik zum Erkennen der L1-Aktivität dann selbst einen Einfluss/eine Verfälschung darstellen würde, wenn tatsächlich künstlich eingebrachte Moleküle mit den L1-Elementen interagieren um deren "Aktivität", bzw. ihre Existenz anzuzeigen.
Allerdings wurde unter anderem auf diesen Artikel verwiesen, ich hatte das zuvor nicht gesehen:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2916067/
Dort steht unter anderem, im vorletzten Absatz:
| Zitat: | | Surprisingly, new somatic L1 insertions seem to occur frequently, probably in many (if not most) neurons, during embryonic neuronal differentiation as well as during adult neurogenesis. This leads to neuron-to-neuron variation in genomic DNA content, which may alter individual neuronal transcriptomes. Diversifying an individual neuronal ‘readout’ through retrotransposition could have implications for synaptic plasticity, leading to altered neuronal circuitry and behavior. Further, this event may be influenced by environmental factors, providing a potential genetic mechanism for generating neuronal diversity in response to changing environments. |
Falls es also tatsächlich so sein sollte, dass Retrotransposomen in neuronalen Voröuferzellen eine Rolle spielen sollten und so eine relevante variabilität zwischen neuronen hervorrufen, so stellt sich immer noch die Frage, wie ein vermeindlich unkontrollierter mechanismus wie dieser, immer noch eine so wichtige Rolle spielen kann.
Im Artikel wird bereits erwähnt, dass die L1-Aktivität in neuronalen zellen vielleicht einfach nur ein Überbleibsel der Evolution sein könnte, welches zu aufwändig zu eliminieren wäre.
Dann aber kann man sich fragen, warum die Evolution es "in Kauf genommen hat", dass dabei wohl Krankheiten entstehen können, die nun wirklich nicht zum Vorteil des Indiviuums gereichen.
Viel warscheinlicher wäre dann doch - und das wird, glaube ich, auch im Artikel erwähnt - dass der Mechansimus der Retrotransposomen in neuronalen zellen eben gar nicht so unkontrolliert ist, sondern durch Umwelteinflüsse (z.B. Stressreize) hervorgerufen wird und die L1-Elemete dann vielleicht vorallem bestimmte Bereiche des genoms beeinflussen könnten.
Ganz platt könnte man sich dann ja vorstellen, dass es X mögliche Bereiche gibt, die L1-Elemtne beeinflussen können und je nachdem, welcher Umwelttreiz vorhanden ist, wird der eine oder der andere bereich inseriert, was die neuen zellen dann dahingehend beeinflusst, dass das Individuum im gesamten besser auf die spezieifischen neuen Einflüsse reagieren kann. Das mag jetzt wirklich extrem vereinfacht sein, aber wäre es nicht tatsächlich möglich, das sich auf diese Weise ein Kontrolle über die Aktivität der Retrotransposomen evolviert hat? |
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Daniel35
Anmeldungsdatum: 10.09.2012
Beiträge: 511
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| Verfasst am: 06. März 2013 13:35 Titel: |
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| Fexx hat Folgendes geschrieben: |
Okay. Das bezieht sich aber auf die Retrotransposomen der Keimzellen, oder? Da kann ich die Aktivtät auf jeden fall nachvollziehen, egal, ob die Auswirkungen der eingebauten DNA-Elemente nun drastisch sind, oder meist gar nicht auffallen. Denn hier würde ja - wie du ja geschrieben hast - die Selektion auf Ebene ganzer Orgsnaimen ganz normal eingreifen.
Ich habe nur ein problem damit, wenn die Retrotranspsomen im einzelnen Individuum noch Aktivität zeigen, wo ja - offenbar - auf zellulärer Ebene in der Weise keine Selektion mehr stattfinden kann.
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Wenn die Aktivität dann aber auf organismischer Ebene die Fitness insgesamt steigert, vielleicht weil es die Plastizität und damit Lernfähigkeit des Gehirns insgesamt verbessert (Vorteile sollten Nachteile überwiegen), dann ist das evolutionär erklärbar.
| Zitat: |
Im Artikel wird bereits erwähnt, dass die L1-Aktivität in neuronalen zellen vielleicht einfach nur ein Überbleibsel der Evolution sein könnte, welches zu aufwändig zu eliminieren wäre.
Dann aber kann man sich fragen, warum die Evolution es "in Kauf genommen hat", dass dabei wohl Krankheiten entstehen können, die nun wirklich nicht zum Vorteil des Indiviuums gereichen.
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Nun, die Evolution agiert nunmal nicht vorausschauend. Wenn der Nutzen den Schaden überwiegt, dann setzt es sich evolutionär wahrscheinlich durch.
| Zitat: |
Ganz platt könnte man sich dann ja vorstellen, dass es X mögliche Bereiche gibt, die L1-Elemtne beeinflussen können und je nachdem, welcher Umwelttreiz vorhanden ist, wird der eine oder der andere bereich inseriert, was die neuen zellen dann dahingehend beeinflusst, dass das Individuum im gesamten besser auf die spezieifischen neuen Einflüsse reagieren kann. Das mag jetzt wirklich extrem vereinfacht sein, aber wäre es nicht tatsächlich möglich, das sich auf diese Weise ein Kontrolle über die Aktivität der Retrotransposomen evolviert hat? |
Dasklingt ziemlich kompliziert. Ich würde vermuten, dass die L1-Elemente einen ziemlich starken Selektionsdruck ausüben müssten, damit sich so eine Feinkontrolle evolutionär etabliert. So empfindlich ist das Gehirn aber eigentlich gar nicht. |
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Fexx
Anmeldungsdatum: 05.11.2011
Beiträge: 279
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| Verfasst am: 06. März 2013 14:14 Titel: |
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| Daniel35 hat Folgendes geschrieben: | | Wenn die Aktivität dann aber auf organismischer Ebene die Fitness insgesamt steigert, vielleicht weil es die Plastizität und damit Lernfähigkeit des Gehirns insgesamt verbessert (Vorteile sollten Nachteile überwiegen), dann ist das evolutionär erklärbar. |
Wenn es kein evolutionäres "Überbleibsel" ist, dann hat es einen natürlich einen Vorteil. Aber die Frage ist ja, worin der genau besteht. Denn wie gesagt, die Plastizität wird schon alleine durch die Neurogenese das gesamte Leben über gewaltig gefördert. Das durch Änderung auf genetischer Ebene noch steigern zu wollen, birgt aber das Risiko der entprechenden Erkrankungen. Also liegt es doch nahe, dass die Aktivität der L1-Elemente nicht "einfach nur" eine gestigerte Plastizität bietet.
| Daniel35 hat Folgendes geschrieben: | | Ich würde vermuten, dass die L1-Elemente einen ziemlich starken Selektionsdruck ausüben müssten, damit sich so eine Feinkontrolle evolutionär etabliert. So empfindlich ist das Gehirn aber eigentlich gar nicht. |
Wie meinst du das? Gerade im Nervensystem hat eine funktionelle Abweichung einzelner Zellen doch schon immense auswirkungen auf das Individuum. Dazu kommt noch die mögliche Entstehung von Tumorzellen usw.
Wobei aber die Entstehung von Krankheiten wie dem Rett-Syndrom (meine ich) oder auch dem Autismus, wenn sie auf die Aktivität von Retrotransosomen in neuronalen Zellen zurückgeführt werden, doch unter Umständen auch dafür spräche, dass z.B. die L1-Aktivität auf irgendeine Weise reguliert wird. Denn schließlich dürfte eine einzige andersartige Zelle noch keine solche neuronale "Krankheit" hervorbringen. Da bedürfte es schon einer Gruppe von Neuronen, denen es etwa an einem bestimmten Transmitter mangelt, welcher dann die Symptome der krankheit auslöst. Und wenn sie L1-Aktivität völlig unkontrolliert und zufällig ablaufen würde, wie warscheinlich wäre es dann, dass mehrere zellen entstehen, die auf die gleiche Weise anderasrtig sind?
Oder ist es eher so, dass, wenn nur bei etwa einem von 1000 Fällen der Einbau von Retrotranspsomen überhaupt einen relevanten Einfluss hat, dieser natürlich auch eine Weile bestehen bleibt und auf diese Weise viele ähnliche, anderartige Zellen entstehen? |
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jörg
Anmeldungsdatum: 12.12.2010
Beiträge: 2107
Wohnort: Bückeburg
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| Verfasst am: 07. März 2013 19:47 Titel: |
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| Fexx hat Folgendes geschrieben: | | Okay. Das bezieht sich aber auf die Retrotransposomen der Keimzellen, oder? |
Prinzipiell schon. Ich dachte auch bisher, dass die somatischen Untersuchungen diesbezüglich sich hauptsächlich auf Zellkultursysteme stützten. Aber die 1 mio Kopien der ALU-Elemente lassen sich selbstverständlich in allen Zellen nachweisen.
| Fexx hat Folgendes geschrieben: | | Einen Einfluss haben solche stillen Basenpaare aber trotzdem, oder nicht? Alleine die Tatsache, dass sie die Architektur des genoms verändern, ohne die gene selbst zu beeinflussen, macht doch schon etwas aus. Und genau das wäre ja dann auch bei somatischen Zellen (im Hippocmapus) der Fall. |
Na ja, sie können schon einen unmittelbaren Einfluss haben, indem sie z.B. Transkriptionsfaktoren binden, RNA-Stabilität, -Prozessierung und Translation beeinflussen usw.
| Fexx hat Folgendes geschrieben: | | Wenn man aber den Aufbau der L1-Elemente kennt, so wird man wohl über ein Virus die genetische Information für ein Protein ins genom der Mäuse eingebracht haben, sodass nach der Proteinbiosynthese letztlich ein Molekül frei wird, das nur in Verbindung mit den L1-Elementen seine flouriszierenden Eigenschaften zeigt. Könnte das (grob) die Methode sein? |
Glaube ich eher nicht, werde das aber mal recherchieren.
| Fexx hat Folgendes geschrieben: | | Falls es also tatsächlich so sein sollte, dass Retrotransposomen in neuronalen Voröuferzellen eine Rolle spielen sollten und so eine relevante variabilität zwischen neuronen hervorrufen, so stellt sich immer noch die Frage, wie ein vermeindlich unkontrollierter mechanismus wie dieser, immer noch eine so wichtige Rolle spielen kann. |
Sooo unkontrolliert ist er gar nicht. Es gibt schon Faktoren, die die "Aktivität" von Retroelementen restringieren.
| Fexx hat Folgendes geschrieben: | | Wobei aber die Entstehung von Krankheiten wie dem Rett-Syndrom (meine ich) oder auch dem Autismus, wenn sie auf die Aktivität von Retrotransosomen in neuronalen Zellen zurückgeführt werden, doch unter Umständen auch dafür spräche, dass z.B. die L1-Aktivität auf irgendeine Weise reguliert wird. Denn schließlich dürfte eine einzige andersartige Zelle noch keine solche neuronale "Krankheit" hervorbringen. Da bedürfte es schon einer Gruppe von Neuronen, denen es etwa an einem bestimmten Transmitter mangelt, welcher dann die Symptome der krankheit auslöst. |
Das stimmt. Bei den angeführten Syndromen sowie eigentlich allen mir bekannten Erkrankungen, die mit Neuinsertionen von Retroelementen assoziiert sind, findet die Neuinsertion bereits während der frühkindlichen Entwicklung oder bereits in den Keimzellen statt. Die Assoziation von Tumoren mit Retroelementen ist noch nicht ausreichend charakterisiert, aber vorstellbar wäre, dass proliferative Erkrankungen hier die Ausnahmen bilden.
Also die Zelle, die die Neuinsertion aufweist muss noch ausreichend proliferieren, um einen pathologischen Phänotypen zu generieren.
Zu den Argumenten um Selektion und evolutionsbiologische Bedeutung:
Hier wurde nach meiner Ansicht die "Perspektive" der Retroelemente vernachlässigt. Sie haben eine Strategie entwickelt, wie sie ihre eigene Amplifikation sicherstellen konnten. Sie verzichten auf eine horizontale Ausbreitung, während die vertikale ihnen gewiss ist. Im Sinne einer "Endosymbiose" haben sich daraus Vorteile für den "Wirt" entwickelt und die Retroelemente haben ihre Amplifikation gewährleistet. Im Sinne der "red-queen-Hypothese" würde ich hier von einer fast optimalen Adaption sprechen wollen. Berücksichtigt man, dass die Retroelemente auch das von der Evolution implementierte Ziel der "Fortpflanzung" (also in diesem falle ihrer eigenen Amplifikation) verfolgen, so wird deutlich, dass sich v.a. die Primaten (hier liegt nach meinem Wissen die höchste Insertionsfrequenz der LINEs vor und einige der nicht-autonomen Retroelemente, der SINEs kommen sogar nur in Primaten vor) irgendwann damit arrangieren mussten.
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Fexx
Anmeldungsdatum: 05.11.2011
Beiträge: 279
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| Verfasst am: 19. März 2013 14:13 Titel: |
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| jörg hat Folgendes geschrieben: |
Zu den Argumenten um Selektion und evolutionsbiologische Bedeutung:
Hier wurde nach meiner Ansicht die "Perspektive" der Retroelemente vernachlässigt. Sie haben eine Strategie entwickelt, wie sie ihre eigene Amplifikation sicherstellen konnten. Sie verzichten auf eine horizontale Ausbreitung, während die vertikale ihnen gewiss ist. |
Was bedeutet denn horizontale und vertiklae Ausbreitung?
Wenn man davon ausgeht, dass die Retroelemente ursprünglich Viren waren, die sich natürlich auch unabhängig von der Fortpflanzung ihrer Wirte zwischen den Indviduen ausbreiten konnten, so wäre das eine Eigenschaft, die sie mittlerweile verloren haben. Ist also die typischee Vireninefktion wie Tröpfcheninfektion u.ä. die "horizontale Auisbreitung"?
Die vertikale Ausbreitung wäre demnach die Verbreitung innerhlab der Familie des infizierten Individuums, dass also die Nachkommen ebenfalls die Retroelemente in ihrem Genom tragen.
Ist das richtig?
| Zitat: | | Im Sinne einer "Endosymbiose" haben sich daraus Vorteile für den "Wirt" entwickelt und die Retroelemente haben ihre Amplifikation gewährleistet. Im Sinne der "red-queen-Hypothese" würde ich hier von einer fast optimalen Adaption sprechen wollen. |
Zweifellos, zumindest falls die Retroelemente tatsächlich den Vorteil bringen, den wir ihnen momentan zuschreiben.
| Zitat: | | Berücksichtigt man, dass die Retroelemente auch das von der Evolution implementierte Ziel der "Fortpflanzung" (also in diesem falle ihrer eigenen Amplifikation) verfolgen, so wird deutlich, dass sich v.a. die Primaten (hier liegt nach meinem Wissen die höchste Insertionsfrequenz der LINEs vor und einige der nicht-autonomen Retroelemente, der SINEs kommen sogar nur in Primaten vor) irgendwann damit arrangieren mussten. |
Okay. Allerdings ist es ja nicht so, dass die Retroelemente überall im Körper gleichermaßen aktiv sind, also gibt es - wie du ja weiter oben auch schon geschrieben hattest - durchaus Kontrollmechnanismen. Wenn aber diese Mechansimsen an einigen Stellen (Keimzellen, neuronale Vorläuferzellen) nicht in dem Maße greifen, dass die Aktivität vollkommen unterdrückt wird, so dürfte es hier tatsächlich einen Vorteil für den "Wirt" der Retroelemte geben, der über eine Arrangement mit seinem "Parasit" hinausgeht.
Und dann wären wir wieder bei der Problematik, wie dieser Vorteil im Falle der neuronalen Vorläuferzellen aussieht. |
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jörg
Anmeldungsdatum: 12.12.2010
Beiträge: 2107
Wohnort: Bückeburg
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| Verfasst am: 19. März 2013 19:53 Titel: |
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| Fexx hat Folgendes geschrieben: | Was bedeutet denn horizontale und vertiklae Ausbreitung?
Wenn man davon ausgeht, dass die Retroelemente ursprünglich Viren waren, die sich natürlich auch unabhängig von der Fortpflanzung ihrer Wirte zwischen den Indviduen ausbreiten konnten, so wäre das eine Eigenschaft, die sie mittlerweile verloren haben. Ist also die typischee Vireninefktion wie Tröpfcheninfektion u.ä. die "horizontale Auisbreitung"?
Die vertikale Ausbreitung wäre demnach die Verbreitung innerhlab der Familie des infizierten Individuums, dass also die Nachkommen ebenfalls die Retroelemente in ihrem Genom tragen.
Ist das richtig? |
horizontal: "vektroielle" Verbreitung zwischen Individuen einer Art auch derselben Generation
vertikal: nicht-vektroielle oder vektroielle Ausbreitung von einer älteren auf eine jüngere Generation, z.B. durch Vererbung oder Übertragung unter der Schwangerschaft oder ähnliches.
| Fexx hat Folgendes geschrieben: | | Okay. Allerdings ist es ja nicht so, dass die Retroelemente überall im Körper gleichermaßen aktiv sind, also gibt es - wie du ja weiter oben auch schon geschrieben hattest - durchaus Kontrollmechnanismen. Wenn aber diese Mechansimsen an einigen Stellen (Keimzellen, neuronale Vorläuferzellen) nicht in dem Maße greifen, dass die Aktivität vollkommen unterdrückt wird, so dürfte es hier tatsächlich einen Vorteil für den "Wirt" der Retroelemte geben, der über eine Arrangement mit seinem "Parasit" hinausgeht. |
Deswegen habe ich auch eher von einer symbiontischen Beziehung sprechen wollen als von einer parasitären.
Dennoch: Es muss keine unmittelbaren Vorteile bringen, im Prinzip darf es nur nicht zuviele Nachteile bergen. Und das gilt keinesfalls für einzelne Individuen, sondern das Fortbestehen der Art darf nicht gefährdet sein. Es darf also keine sehr argen Nachteile für den Fortbestand einer Population haben. Wenn etwas keine oder wenige Nachteile mit sich bringt, kann es aus entwicklungsgeschichtlicher Sicht toleriert werden.
Man könnte ja generell für Mutationen annehmen, dass sie keine Vorteile hätten, sondern eher das Gegenteil, wenn man sich die Unmengen an Tumoren anschaut, die auf dieser Basis entstehen. Deswegen versuchen höhere Lebewesen auch, ihr Genom möglichst stabil zu halten. Dennoch treten Mutationen auf und dennoch bringt die ein oder andere einen Phänotypen hervor, der sich durch Vorteile von seinen Artgenossen abgrenzt. Die Neuinsertionen von Retroelementen sind nun auch Mutationen. Man könnte also postulieren, dass sie in den meisten Fällen schädlich sind, aber in einigen, wenigen Fällen eben doch einen Vorteil herausarbeiten. Durch Selektion werden dann die Individuen begünstigt, die den Vorteil haben.
Bei einzelnen Neuronen fällt das nun wirklich kaum ins Gewicht, es sein denn, es geht aus dem mutierten Neuron eine ganze Neuronensubpopulation hervor. Führt das ganze nun zu einer neurologischen Einschränkung, wird ausselektioniert. Führt es zu einer "verbesserten" Funktion, wird positiv selektioniert. Selektion heisst dabei nicht nur, dass das betroffene Individuum stirbt oder ähnliches, es reicht, wenn es sich mit verminderter Frequenz fortpflanzt, so dass das Erbgut auch erst nach einigen Generationen eradiziert wird.
Auch ein vorteil muss nicht unmittelbar deutlich werden, sondern er kann sich auch erst über Generationen etablieren, indem z.B. erst durch zusätzliche Mutationen ein Vorteil entsteht.
Im Prinzip geht um die Balance: Wieviel Veränderung darf ich zulassen, um der genetischen Variabilität Willen und wieviel genomische Integrität ist notwendig, um der Arterhaltung Willen? Dieses Gleichgewicht ist nicht statisch und kann in seiner Vollkommenheit wohl auch nicht erreicht werden, aber es ist ein beständiges Bestreben der Evolution, zwischen Arterhaltung und Veränderung.......
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