Junk DNA — Nicht-proteinogene DNA

gilt für 2% der menschlichen DNA Rest — ?

Einführung Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Einführung Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Einführung Codierende DNA: Mensch 2% Mais 1% A. thaliana 70% Fragestellung Erklärungsansätze Codierende DNA: Mensch 2% Mais 1% A. thaliana 70% Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Einführung Rest: Junk DNA Unnötige DNA DNA ohne erkennbare Bedeutung Fragestellung Erklärungsansätze Rest: Junk DNA Unnötige DNA DNA ohne erkennbare Bedeutung Nicht-proteincodierende DNA ENCODE; RNome; Transkriptionseinheit Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Fragestellung Ist Junk-DNA überflüssig? Woher kommt Junk-DNA? Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Ist Junk-DNA überflüssig? Woher kommt Junk-DNA? Was beinhaltet Junk-DNA? Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Fragestellung Indizien: Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Indizien: Fehlende Korrelation: DNA-Menge Entwicklungsstufe Zahl der Gene Ungewollte Anhäufung Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Fragestellung Mechanismen: Genduplikation Stillegung von Genkopien Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Mechanismen: Genduplikation Stillegung von Genkopien Transposons Retroviren Mangelnde Selektion Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Fragestellung Neue Überlegung: 98% überflüssig? Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Neue Überlegung: 98% überflüssig? Regulatoren und andere Elemente jenseits der Genebene? Komplexität / Genanzahl? Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Erklärungsansätze „Schätze in Junk-DNA“ Einführung Fragestellung Erklärungsansätze „Schätze in Junk-DNA“ Neue Erkenntnisse (und Spekulation) in verschiedenen Richtungen Keine allgemeine Methode Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Aktive RNA Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Aktive RNA Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Aktive RNA Ribozyme katalytisch aktiv analoge Erkennung (wie Proteine) Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Ribozyme katalytisch aktiv analoge Erkennung (wie Proteine) Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Aktive RNA Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Aktive RNA Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Aktive RNA Antisense-RNA regulatorisch aktiv Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Antisense-RNA regulatorisch aktiv digitale Erkennung (Komplementärsequenz) wirkt allein, simpler Mechanismus Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Aktive RNA Blockierung der mRNA durch Hybridisierung — Antisense-RNA Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen Blockierung der mRNA durch Hybridisierung — Antisense-RNA

Aktive RNA Mikro-RNA und RNAi regulatorisch aktiv Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Mikro-RNA und RNAi regulatorisch aktiv digitale Erkennung (Komplementärsequenz) komplexe Maschinerie Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Aktive RNA mikroRNA-Sequenzen im Intron (oder anderswo); Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen mikroRNA-Sequenzen im Intron (oder anderswo); hairpin nach der Transkription

Aktive RNA Freisetzen durch Splicing Spaltung durch Dicer: Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen Freisetzen durch Splicing Spaltung durch Dicer: aktive Fragmente (RNAi)

Aktive RNA Erkennen der mRNA: Hybridisierung Abbau durch Enzymkomplex Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen Erkennen der mRNA: Hybridisierung Abbau durch Enzymkomplex — Andere Funktionen?

Aktive RNA Riboswitches regulatorisch und katalytisch aktiv Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Riboswitches regulatorisch und katalytisch aktiv analoge Erkennung (niedermolekulare Substanzen) Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Aktive RNA Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen RNA beinhaltet: - Riboswitch-Abschnitt - proteincodierenden Abschnitt

Aktive RNA RNA-Struktur verhindert Ablesen Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen RNA-Struktur verhindert Ablesen Aufhebung durch Signalstoffe

Aktive RNA: Bewertung Bewertung Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Bewertung Schätzung Maus: 70000 Einheiten vs. 30000 Gene Pseudogene Erforschung - Zufallsmutagenese (z.B. Maus) Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Volumenfunktion Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Volumenfunktion Keine Korrelation: DNA-Menge – Genzahl Korrelation: Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Keine Korrelation: DNA-Menge – Genzahl Korrelation: DNA-Menge – Kernvolumen DNA-Menge – Zellvolumen (Th. Cavalier-Smith) Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Volumenfunktion Untersuchungsobjekt: Cryptomonaden Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Untersuchungsobjekt: Cryptomonaden Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Biflagellat Rotalge Endosymbiose Volumenfunktion Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Biflagellat Rotalge Endosymbiose Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Volumenfunktion Chimäre Cryptomonaden Nucleus: reguliert Zellvolumen Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Chimäre Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons Cryptomonaden LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen Nucleus: reguliert Zellvolumen Nucleomorph: abhängig

Volumenfunktion Unabhängige Entwicklung: Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Unabhängige Entwicklung: Nucleus: DNA-Gehalt ~ Zellvolumen Evolutive Vergrösserung Nucleomorph: DNA-Gehalt unabhängig Evolutive Reduzierung Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Volumenfunktion Schlussfolgerung: Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Schlussfolgerung: Selektion gegen und für DNA-Ansammlung ist möglich! Für „Junk-DNA“ muss es einen evolutiven Grund geben! Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Volumenfunktion Erklärung: Größere Zelle => mehr Proteine Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Erklärung: Größere Zelle => mehr Proteine Mehr Proteine => mehrAblesen Mehr Ablesen => mehr Enzyme Mehr Enzyme => mehr Platzbedarf Mehr Platzbedarf => Volumenschaffende sekundäre DNA Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Volumenfunktion: Bewertung Einführung Volumenfunktion: Bewertung Fragestellung Erklärungsansätze Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Wichtigste Erkenntnis: Selektion gegen/für Junk-DNA Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Transposons Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Transposons „springende“ Genelemente Mechanismus: Transposase Einführung Fragestellung Erklärungsansätze „springende“ Genelemente Mechanismus: Transposase teilweise ± stillgelegt Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Transposons erzeugen „Narben“ beim Ausschneiden Einführung Fragestellung Erklärungsansätze erzeugen „Narben“ beim Ausschneiden erzeugen teilweise Kopien können Gene durch Disruption zerstören Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Transposons Transposons und Junk-DNA: Direkt: Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Transposons und Junk-DNA: Direkt: Transposons erzeugen wertlose Bereiche durch Disruption und Selbstvervielfältigung Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Transposons Transposons und Junk-DNA: Indirekt: Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Transposons und Junk-DNA: Indirekt: Transposonaktivität macht Mehrfachkopien von Genen notwendig und sinnvoll Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Transposons: Bewertung Einführung Fragestellung Erklärungsansätze eindeutig nachgewiesen fehlende Selektion—? Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Long-Range Enhancer Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Long-Range Enhancer Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Long-Range Enhancer Experimenteller Ansatz: Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Experimenteller Ansatz: Scanning Human Gene Deserts Beispiel: DACH (u.a. Gehirnentwicklung) Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Long-Range Enhancer Introns 870 kb DACH 430 kb 1330 kb Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Introns Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons 870 kb DACH 430 kb 1330 kb LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung wenige Regulations- elemente Referenzen

Long-Range Enhancer Vergleich mit anderen Spezies: Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Vergleich mit anderen Spezies: 1098 nicht-codierende Sequenzen konserviert in Maus und Mensch (Kriterium: > 100 bp, > 70%) Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Long-Range Enhancer Vergleich mit anderen Spezies: Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Vergleich mit anderen Spezies: 32 nicht-codierende Sequenzen konserviert in Maus, Mensch, Frosch, Zebrafisch, Fugu entspricht 1 Mrd. Jahre Evolution Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Long-Range Enhancer Auswahl Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Auswahl 9 konservierte Sequenzen (aus Introns und den beiden flankierenden „Genwüsten“) Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Long-Range Enhancer Testverfahren: Enhancer? Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Testverfahren: Enhancer? Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches ? Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen ? b-Galactosidase Schlussbetrachtung Referenzen Minimal-Promoter (aus Hsp68) Expression in transgenen Mäusen

Long-Range Enhancer Ergebnis Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Ergebnis 7 konservierte Sequenzen wirken als Enhancer Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Long-Range Enhancer Ergebnis Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Ergebnis 7 konservierte Sequenzen wirken als Enhancer Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Long-Range Enhancer: Bewertung Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Nicht-codierende DNA ist konserviert Regulationsbereichen von Genen deutlich größer als angenommen! Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Strukturfunktion Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Strukturfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Strukturfunktion DNA in Chromosomen: Telomere Centromere Einführung Fragestellung Erklärungsansätze DNA in Chromosomen: Telomere Centromere Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Strukturfunktion DNA in Kernen: Euchromatin Heterochromatin Einführung Fragestellung Erklärungsansätze DNA in Kernen: Euchromatin Heterochromatin Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Strukturfunktion DNA bei der Zellteilung: Chromosomenverteilung Einführung Fragestellung Erklärungsansätze DNA bei der Zellteilung: Chromosomenverteilung Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Strukturfunktion: Bewertung Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Sequenzabschnitte für Bindung und Erkennung durch Proteine? Ausmaß schwer einzuschätzen Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Andere offene Fragen Epigenetische Ebene Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Epigenetische Ebene Einfluss der chromosomalen Struktur Variationen zwischen Zellen! Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Andere offene Fragen Spekulationen: z.B. Unterschied Affe / Mensch? Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Spekulationen: z.B. Unterschied Affe / Mensch? 98% der Gene (!) identisch Rolle der Junk-DNA...? Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Andere offene Fragen Aber: 98% des Genoms identisch Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Aber: 98% des Genoms identisch Gene bereits identifiziert Junk-DNA ist nicht Lösung aller Probleme! Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Schlussbetrachtung Keine eindeutige Antwort ... aber: Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Keine eindeutige Antwort ... aber: Neue Sichtweise über Gene hinaus! Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen

Enhancer Modifikation Struktur Ribozyme Volumenfunktion Antisense Riboswitches RNAi Translation

Ende Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Referenzen (Auswahl) Einführung Fragestellung Erklärungsansätze Allgemein: Preziosen im DNA-Schrott, Spektrum der Wissenschaft 02/2004, 68 RNA: An Expanding Universe of Noncoding RNAs, Science 296 (2002), 1260 Volumenfunktion: Eukaryotic non-coding DNA is functional (...), Proc. R. Soc. Lond. B. 266, 2053 LR-Enhancer: Scanning Human Gene Deserts (...), Science 302 (2003), 413 http://josef.riedl.org/junk-dna.pdf Aktive RNA: Ribozyme Digitale Erkennung Riboswitches Volumenfunktion Transposons LR-Enhancer Strukturfunktion Andere offene Fragen Schlussbetrachtung Referenzen