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Genetik pp 287-333 | Cite as

Molekulare Struktur und Regulation eukaryotischer Gene

Part of the Springer-Lehrbuch book series (SLB)

Überblick

Die Struktur eukaryotischer Gene ist in vieler Hinsicht komplexer als die prokaryotischer Gene. Dazu gehört nicht nur die Intron/Exon-Struktur, sondern auch die Zusammenfassung vieler Gene zu Familien identischer oder ähnlicher DNA-Sequenzen, deren Funktion in vielfältiger Weise geregelt wird. Die Kontrolle ihrer Expression erfolgt auf verschiedenen Ebenen und umfasst Promotor, Enhancer und Locus-Kontroll-Regionen, die alle letztendlich in die Transkription des jeweiligen Gens eingreifen.

Die molekulare Struktur eukaryotischer Gene wurde erst viel später analysiert als die prokaryotischer Gene. Einerseits ist die Genomgröße von Prokaryoten viel geringer und damit für genetische und molekulare Methoden wesentlich besser zugänglich. Andererseits sind bei Bakterien und Phagen mit der Selektion von Mutanten und Rekombinanten sowie mit Transduktion und Sexduktion experimentelle Mittel zur Genanalyse verfügbar, wie sie bis zur Entwicklung gentechnischer Methoden in den 1970er Jahren für Eukaryoten nicht vorstellbar waren.

Unser Verständnis der DNA-Struktur des Eukaryotengenoms nahm nach der Entdeckung repetitiver DNA in den frühen 1960er Jahren schnell zu. Aber auch jetzt analysierte man die molekulare Struktur einzelner eukaryotischer Gene wegen ihrer schwierigen Isolierung nur sehr langsam. Als erstes eukaryotisches Gen isolierten H. Wallace und M. Birnstiel im Jahr 1966 die DNA, die für die ribosomale RNA von Xenopus kodiert. Die Aufklärung der molekularen Struktur dieser Gene durch Donald Brown sowie Max Birnstiel und ihre jeweiligen Mitarbeiter gegen Ende der 1960er und in den frühen 1970er Jahren brachte uns erste überraschende Einsichten in Eigenschaften eukaryotischer Gene, die sich bald durch die einsetzende intensive Analyse eukaryotischer Gene mit gentechnologischen Mitteln verallgemeinern und erweitern ließen.

In den 1980er Jahren revolutionierte die Etablierung der Polymerase-Ketten-Reaktion (engl. polymerase chain reaction, PCR; Scharf et al. 1986) die gentechnische Methodik. Mit ihr wurde es möglich, unbekannte DNA-Fragmente zwischen den Startstellen (Primern) einer DNA-Polymerase in vitro soweit zu amplifizieren, dass sie einer Detailanalyse zugänglich wurden. In dieser Phase begannen, zunächst in den USA, dann auch in Europa und in Deutschland, die systematischen Analysen des menschlichen Genoms, die „Humangenomprojekte“, die mit Hochdurchsatztechniken menschliche DNA und die von Modellorganismen (Maus, Ratte, Drosophila, und auch Pflanzen wie Reis und Arabidopsis) komplett sequenziert haben. Höhepunkt war im Jahr 2001 die gleichzeitige Publikation des menschlichen Genoms durch ein Konsortium öffentlicher Wissenschaftler (International Human Genom Sequencing Consortium) und die Firma Celera (Venter et al. 2001). Das Genom der Maus folgte ein Jahr später (Mouse Genome Sequencing Consortium 2002). Seit 2003 liegt auch das Genom der Ratte vor (http://www.ensembl.org/Rattus_norvegicus/). Das Genom des Huhns (Gallus gallus) wurde Ende 2004 vom International Chicken Genome Sequencing Consortium publiziert (Hillier et al. 2004). Die Genome von Arabidopsis und Reis sind seit 2000 (The Arabidopsis Genome Initiative) bzw. 2002 (Goff et al.) bekannt. Eine Aufgabe der modernen Genetik ist es jetzt, diesen Sequenzen auch ihre entsprechenden Funktionen zuzuordnen — das Zeitalter der „funktionellen Genomforschung“ hat begonnen.

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Kapitel 7 Molekulare Struktur eukaryotischer Chromosomen

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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1995

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