Hotspot (Genetik)

Ein Hotspot (‚heiße Stelle‘) bezeichnet in der Genetik Bereiche in der DNA, bei denen vermehrt Rekombinationen stattfinden.[1]

Eigenschaften

Die Rekombinationsrate in einem Hotspot kann im Vergleich zu den umgebenden DNA-Sequenzen bis zu tausendfach erhöht sein.[2] Die Länge eines Hotspots ist meist zwischen 1,5 und 2 Kilobasen. Im menschlichen Genom existieren über 25.000 Hotspots.[3] In Menschen kommt ein Crossing-over in einem Hotspot durchschnittlich etwa alle 1300 Meiosen vor, in einzelnen Hotspots können alle 110 Meiosen eine Rekombination stattfinden.[4] Hotspots sind empfindlicher für einen DNA-Schaden und eine teilweise fehlerhafte DNA-Reparatur und dienen möglicherweise einer erhöhten Rekombinationsrate.[5]

Vermutlich ist das Protein PRDM9 eine Folge einer Rekombination in einem Hotspot in Säugern.[6]

aDNA

In der aDNA-Forschung wird als Hotspot eine Stelle bezeichnet, an der besonders häufig postmortale Veränderungen im DNA-Strang beobachtet werden.

Nach dem Tod eines Lebewesens beginnt sofort die Autolyse (Zersetzung) molekularer Zellbestandteile, darunter auch des Erbgutes, der DNA. Die Zersetzungsprozesse führen nicht immer zur vollständigen Zerlegung der DNA-Stränge, sondern können auch Strukturveränderungen an einzelnen Basen oder Basenpaaren hervorrufen, die zu Reproduktionsfehlern bei der technischen Vervielfältigung (Polymerase-Kettenreaktion, PCR) und damit indirekt zu Lesefehlern bei der Sequenzierung führen. Diese Strukturveränderungen werden als damage (deutsch: „Beschädigung“) bezeichnet. Sie können gehäuft an, und in der Nähe von Positionen im DNA-Molekül auftreten, an denen auch bevorzugt Rekombinationsfehler (Punktmutationen) im lebenden Organismus vorkommen (mutational hotspots). Solche, eventuell strukturbedingt labileren, Bereiche werden als Hotspots bezeichnet.

An diesen Hotspots ist eine Unterscheidung zwischen In-vivo-Mutation und postmortaler Veränderung anhand herkömmlicher Aufbereitungs- und Sequenzierungsverfahren nicht vollständig möglich. Die Behandlung der Proben vor der PCR mit Uracil-N-Glycosylase führt zur Zerstörung veränderter Molekülreste.[7] Daneben werden statistische Methoden genutzt, um aDNA-Sequenzen von postmortalen Artefakten zu „bereinigen“.

Einzelnachweise

  1. ↑ D. Burnouf, M. Bichara, C. Dhalluin, A. Garcia, R. Janel-Bintz, N. Koffel-Schwartz, I. Lambert, J. F. Lefèvre, J. E. Lindsley, G. Maenhaut-Michel, C. Milhé, R. Lobo-Napolitano, P. Valladier-Belguise, R. P. Fuchs: Induction of frameshift mutations at hotspot sequences by carcinogen adducts. In: Recent results in cancer research. Fortschritte der Krebsforschung. Progrès dans les recherches sur le cancer. Band 143, 1997, S. 1–20, ISSN 0080-0015. PMID 8912408.
  2. ↑ Jeffreys AJ, Kauppi L, Neumann R: Intensely punctate meiotic recombination in the class II region of the major histocompatibility complex. In: Nat. Genet.. 29, Nr. 2, Oktober 2001, S. 217–22. doi:10.1038/ng1001-217. PMID 11586303.
  3. ↑ Myers S, Bottolo L, Freeman C, McVean G, Donnelly P: A fine-scale map of recombination rates and hotspots across the human genome. In: Science. 310, Nr. 5746, Oktober 2005, S. 321–4. doi:10.1126/science.1117196. PMID 16224025.
  4. ↑ Myers S, Spencer CC, Auton A, et al.: The distribution and causes of meiotic recombination in the human genome. In: Biochem. Soc. Trans.. 34, Nr. Pt 4, August 2006, S. 526–30. doi:10.1042/BST0340526. PMID 16856851.
  5. ↑ Harris Bernstein, Carol Bernstein and Richard E. Michod (2011). Meiosis as an Evolutionary Adaptation for DNA Repair. Chapter 19 in DNA Repair. Inna Kruman editor. InTech Open Publisher. doi:10.5772/25117.
  6. ↑ Hochwagen A, Marais GA: Meiosis: a PRDM9 guide to the hotspots of recombination. In: Curr. Biol.. 20, Nr. 6, März 2010, S. R271–4. doi:10.1016/j.cub.2010.01.048. PMID 20334833.
  7. ↑ M. Hofreiter u. a.: DNA sequences from multiple amplifications reveal artifacts induced by cytosine deamination in ancient DNA. In: Nucleic Acids Research 29, 2001, S. 4793–4799.

Literatur

  • M. T. P. Gilbert u. a.: Post-mortem DNA-damage hotspots in Bison (Bison bison) provide evidence for both damage and mutational hotspots in mitochondrial DNA. In: Journal of Archaeological Science 32, 2005, S. 1053–1060.