Groß angelegte Studie enthüllt funktionelle Vielfalt von DNA-Transposonen und erweitert Werkzeugkasten für die Genomtechnik

In einer Studie veröffentlicht In ZelleEin von Zhang Yong’e und Wang Haoyi vom Institut für Zoologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften geleitetes Forschungsteam hat die Vielfalt der DNA-Transposonen charakterisiert und den Werkzeugkasten der Genomtechnik erweitert.

„Unser systematischer und vergleichender Rahmen ergänzt konventionelle Fallstudien bei der Erläuterung der Grundlagenbiologie und der Stärkung der angewandten Biologie“, sagte Prof. Zhang, korrespondierender Autor der Studie.

Seit Barbara McClintock in den 1940er Jahren erstmals Transposonen entdeckte, waren Wissenschaftler von diesen „springenden Genen“ und ihrer Rolle in der Evolution fasziniert. Als einer der wichtigsten Transposontypen haben DNA-Transposonen beträchtliche Aufmerksamkeit erhalten. Aufgrund des begrenzten Umfangs bisheriger Fallstudien blieben die mit der Transpositionsaktivität und den Evolutionsmustern verbundenen Faktoren jedoch unklar.

In dieser Studie sagten die Forscher 130 potenziell aktive DNA-Transposonen aus 102 Tiergenomen voraus. Durch experimentelles Screening und Validierung identifizierten sie 40 neue Transposonen mit Aktivität in menschlichen Zellen, wodurch die Anzahl aktiver Transposonvektoren bei Säugetieren von 20 auf 60 stieg und ihre evolutionäre Vielfalt deutlich zunahm.

Sie nutzten den größten Datensatz aktiver DNA-Transposonen, der jemals durch systematisches experimentelles Screening erhalten wurde, und führten weitere eingehende Analysen durch, entschlüsselten die der Transpositionsaktivität zugrunde liegenden Faktoren, untersuchten die Evolutionsdynamik und identifizierten verschiedene funktionelle Eigenschaften.

Eine bemerkenswerte Entdeckung ist, dass die Tc1/Mariner-Superfamilie eine erhöhte Aktivität aufweist, die ihren allgegenwärtigen horizontalen Transfers zugrunde liegt.

Obwohl DNA-Transposonen in früheren Anwendungen als gentechnische Werkzeuge für Insertionsmutagenese oder transgene Vektoren verwendet werden konnten, fanden nur wenige von ihnen breite Anwendung, wie z. B. Sleeping Beauty (SB).

Die Forscher untersuchten neue Transposonen mit unterschiedlichen funktionellen Eigenschaften. Unter ihnen übertraf das aktivste Transposon, Mariner2_AG (MAG), weit verbreitete Vektoren in der CAR-T-Zelltherapie, darunter Lentiviren und SB, bei weitem, was auf sein Potenzial für die klinische Anwendung hinweist.

Die in der vorliegenden Studie beschriebenen, neu identifizierten Transposonen mit vielfältigen funktionellen Eigenschaften erweitern den auf DNA-Transposonen basierenden Werkzeugkasten der genetischen Technik erheblich und unterstützen verschiedene Anwendungsszenarien.

Insgesamt führten die Forscher unter Ausnutzung der umfangreichen genetischen Ressourcen des Tierreichs das bisher umfangreichste Screening der DNA-Transposon-Aktivität durch und erstellten den bislang umfangreichsten Datensatz aktiver DNA-Transposons.

Diese Studie beleuchtet nicht nur die vielfältigen funktionalen und evolutionären Charakteristika von DNA-Transposonen, sondern erweitert auch den Werkzeugkasten der Genomtechnik.