Ein Transkriptom ist eine Sammlung aller in einer Zelle vorhandenen Genablesungen.
Das menschliche Genom besteht aus DNA (Desoxyribonukleinsäure), einem langen, gewundenen Molekül, das die Anweisungen enthält, die für den Aufbau und die Erhaltung von Zellen erforderlich sind. Diese Anweisungen sind in Form von „Basenpaaren“ aus vier verschiedenen Chemikalien geschrieben, die in 20.000 bis 25.000 Genen organisiert sind.
Damit die Anweisungen ausgeführt werden können, muss die DNA „abgelesen“ und in RNA (Ribonukleinsäure) transkribiert – also kopiert – werden. Diese Genabschriften werden als Transkripte bezeichnet, und ein Transkriptom ist eine Sammlung aller in einer Zelle vorhandenen Genabschriften.
Es gibt verschiedene Arten von RNA. Die wichtigste Art, die so genannte Boten-RNA (mRNA), spielt eine entscheidende Rolle bei der Herstellung von Proteinen. In diesem Prozess wird mRNA von Genen transkribiert; dann werden die mRNA-Transkripte an Ribosomen, die molekularen Maschinen im Zytoplasma der Zelle, weitergeleitet; dann lesen oder „übersetzen“ die Ribosomen die Abfolge chemischer Buchstaben in der mRNA und setzen Bausteine, die Aminosäuren, zu Proteinen zusammen.
Die DNA kann auch in andere Arten von RNA umgeschrieben werden, die nicht für Proteine kodieren. Solche Transkripte können dazu dienen, die Zellstruktur zu beeinflussen und Gene zu regulieren.
Was kann uns ein Transkriptom sagen?
Eine RNA-Sequenz spiegelt die Sequenz der DNA wider, von der sie transkribiert wurde. Durch die Analyse der gesamten Sammlung von RNA-Sequenzen in einer Zelle (dem Transkriptom) können Forscher daher feststellen, wann und wo jedes Gen in den Zellen und Geweben eines Organismus ein- oder ausgeschaltet ist.
Je nach verwendeter Technik ist es oft möglich, die Anzahl der Transkripte zu zählen, um das Ausmaß der Genaktivität – auch Genexpression genannt – in einer bestimmten Zelle oder einem bestimmten Gewebetyp zu bestimmen.
Bei Menschen und anderen Organismen enthält fast jede Zelle die gleichen Gene, aber verschiedene Zellen weisen unterschiedliche Muster der Genexpression auf. Diese Unterschiede sind für die vielen verschiedenen Eigenschaften und Verhaltensweisen der verschiedenen Zellen und Gewebe verantwortlich, sowohl bei Gesundheit als auch bei Krankheit.
Durch die Erfassung und den Vergleich von Transkriptomen verschiedener Zelltypen können Forscher ein tieferes Verständnis dafür gewinnen, was einen bestimmten Zelltyp ausmacht, wie dieser Zelltyp normalerweise funktioniert und wie Veränderungen im normalen Niveau der Genaktivität eine Krankheit widerspiegeln oder zu ihr beitragen können. Darüber hinaus können Transkriptome die Forscher in die Lage versetzen, ein umfassendes, genomweites Bild davon zu erstellen, welche Gene in welchen Zellen aktiv sind.
Wie lassen sich Transkriptome zur Erforschung der Genfunktion nutzen?
Die Funktion der meisten Gene ist noch nicht bekannt. Eine Suche in einer Transkriptom-Datenbank kann den Forschern eine Liste aller Gewebe liefern, in denen ein Gen exprimiert wird, was Hinweise auf seine mögliche Funktion liefert.
Wenn die Transkriptom-Datenbank beispielsweise zeigt, dass die Expressionswerte eines unbekannten Gens in Krebszellen dramatisch höher sind als in gesunden Zellen, spielt das unbekannte Gen möglicherweise eine Rolle beim Zellwachstum.
Oder wenn ein unbekanntes Gen in Fettgewebe, aber nicht in Knochen- oder Muskelgewebe exprimiert wird, könnte das unbekannte Gen an der Fettspeicherung oder dem Stoffwechsel beteiligt sein. In beiden Fällen bieten die Transkriptomdaten den Forschern eine gute Ausgangsbasis für die Suche nach der Funktion eines neu entdeckten Gens.
Das National Human Genome Research Institute (NHGRI), hat sich an zwei Projekten beteiligt, die Transkriptom-Ressourcen für Forscher auf der ganzen Welt geschaffen haben: die Mammalian Gene Collection Initiative und das Mouse Transcriptome Project.
Im Rahmen der Mammalian Gene Collection Initiative wurde eine kostenlose, öffentliche Bibliothek mit mRNA-Sequenzen von Mensch, Maus und Ratte aufgebaut. Das Projekt wurde vom NHGRI und dem National Cancer Institute (NCI) geleitet. Maus und Ratte sind wichtige Modelle für die Untersuchung der menschlichen Biologie.
Das Maus-Transkriptom-Projekt war eine Initiative, die eine kostenlose, öffentliche Datenbank mit Gentranskripten für viele Mausgewebe erstellte. Diese gewebespezifischen Genexpressionsdaten, die dem Mausgenom zugeordnet sind, sind in einem durchsuchbaren Format verfügbar.
Es gibt noch mehrere andere Transkriptom-Ressourcen, darunter solche aus Programmen wie dem Genotype-Tissue Expression Project (GTEx) und der Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE). GTEx erstellt einen Katalog der menschlichen Genexpression in einer Vielzahl von Geweben.
Die ENCODE-Forscher wollen die funktionierenden Teile des Genoms, einschließlich des Transkriptoms, charakterisieren und verstehen. Sowohl Novartis als auch das Europäische Laboratorium für Molekularbiologie verfügen über gut eingeführte Datenbanken zur Genexpression.
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