Groß angelegte Studie enthüllt funktionelle Vielfalt von DNA-Transposons und erweitert den Werkzeugkasten der Genomtechnik

In einer Studie veröffentlicht in ZelleEin Forschungsteam unter der Leitung von Zhang Yong’e und Wang Haoyi vom Institut für Zoologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften charakterisierte die Vielfalt von DNA-Transposons und erweiterte den Werkzeugkasten der Genomtechnik.

„Unser systematischer und vergleichender Rahmen ergänzt herkömmliche Fallstudien, indem er die grundlegende Biologie erläutert und die angewandte Biologie verbessert“, sagte Professor Zhang, korrespondierender Autor der Studie.

Seit der ersten Entdeckung von Transposons durch Barbara McClintock in den 1940er Jahren sind Wissenschaftler von diesen „springenden Genen“ und ihrer Rolle in der Evolution fasziniert. Als einer der wichtigsten Transposontypen haben DNA-Transposons große Aufmerksamkeit erhalten. Aufgrund des begrenzten Umfangs früherer Fallstudien bleiben die mit der Transpositionsaktivität und den Evolutionsmustern verbundenen Faktoren jedoch unklar.

In dieser Studie sagten Forscher das Vorhandensein von 130 potenziell aktiven DNA-Transposons aus 102 Tiergenomen voraus. Durch experimentelles Screening und Validierung identifizierten sie 40 neue Transposonen, die in menschlichen Zellen aktiv sind, wodurch die Anzahl aktiver Transposonvektoren in Säugetieren von 20 auf 60 erhöht und deren evolutionäre Vielfalt erheblich erweitert wurde.

Mithilfe des größten Datensatzes aktiver DNA-Transposons, der jemals durch systematisches experimentelles Screening gewonnen wurde, führten sie tiefergehende Analysen durch, entschlüsselten die Faktoren, die der Transpositionsaktivität zugrunde liegen, untersuchten die Evolutionsdynamik und identifizierten verschiedene funktionelle Eigenschaften.

Ein bemerkenswertes Ergebnis ist, dass die Tc1/Mariner-Superfamilie eine erhöhte Aktivität aufweist, die ihren allgegenwärtigen horizontalen Transfers zugrunde liegt.

Obwohl DNA-Transposons in früheren Anwendungen möglicherweise als gentechnische Werkzeuge für die Insertionsmutagenese oder als transgene Vektoren verwendet wurden, wurden nur wenige davon weit verbreitet, wie z. B. Beauty Sleeping Wood (SB).

Forscher erforschten neue Transposons mit unterschiedlichen funktionellen Eigenschaften. Unter ihnen übertraf das aktivste Transposon, Mariner2_AG (MAG), die in der CAR-T-Zelltherapie weit verbreiteten Vektoren, einschließlich Lentivirus und SB, deutlich, was auf sein Potenzial für eine klinische Anwendung hinweist.

Die in der vorliegenden Studie beschriebenen neu identifizierten Transposons mit verschiedenen funktionellen Eigenschaften erweitern den Werkzeugkasten der DNA-Transposon-basierten Gentechnik erheblich und unterstützen verschiedene Anwendungsszenarien.

Insgesamt führten die Forscher unter Nutzung der reichlich vorhandenen genetischen Ressourcen des Tierreichs das umfassendste Screening der DNA-Transposon-Aktivität durch, das jemals durchgeführt wurde, was zur bislang größten aktiven DNA-Quelle des Transposon-Datensatzes führte.

Diese Studie beleuchtet nicht nur die vielfältigen funktionellen und evolutionären Eigenschaften von DNA-Transposons, sondern erweitert auch den Werkzeugkasten des Genom-Engineerings.