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Lexikon der Biologie: Genfamilie

Genfamilie, im haploiden Genom eines Organismus eine Gruppe von 2 oder mehr bezüglich ihrer Nucleotidsequenz identischen oder sehr ähnlichen Genen (Gen). Genfamilien entstehen im Laufe der Evolution durch Duplikationen (Genduplikation) einer ursprünglich nur einmal vorhandenen Nucleotidsequenz. Danach können die duplizierten Sequenzen entweder in Form von Clustern (Gen-Cluster) zusammenbleiben oder sich durch Translokationsprozesse (Chromosomenaberrationen) im Genom verteilen, so daß sie schließlich sogar auf verschiedenen Chromosomen lokalisiert sind. Man unterscheidet zwischen homogenen Genfamilien und heterogenen Genfamilien. In homogenen Genfamilien, zu denen z.B. die im Säugergenom in bis zu 1000 Kopien als sog. Tandems vorliegenden rRNA-Gene (ribosomale RNA) oder die einzelnen Histongene (Histone) gezählt werden, sind die in Vielzahl vorliegenden Gene identisch. Die Gene codieren (genetischer Code) in der Regel für Produkte, die in der Zelle in großen Mengen gebraucht werden. In heterogenen Genfamilien, zu denen z.B. die Gene für die MHC-Moleküle der Klasse I (Haupt-Histokompatibilitäts-Komplex), die Immunglobulin-Gene, Globin-Gene (Globin), Actingene (Actin) oder Tubulin-Gene (Tubulin) zusammengefaßt werden, unterscheiden sich die Nucleotidsequenzen der einzelnen Gene infolge verschiedener Mutationsereignisse (Mutation) in gewissem Umfang. Die in Struktur und Funktion unterschiedlichen, aber dennoch meist ähnlichen Genprodukte werden in verschiedenen Zelltypen und/oder in verschiedenen Entwicklungsstadien bereitgestellt. So werden z.B. die verschiedenen Globin-Gene (α, β, γ, δ oder ε) zu verschiedenen Zeitpunkten der menschlichen Entwicklung exprimiert (Hämoglobine). Die Entstehung heterogener Genfamilien kann neben Genduplikation und anschließender Diversifikation auch auf der Neukombination von Exonen durch das sog. Exon shuffling beruhen. Da ein oder wenige zusammenhängende Exonen in der Regel eine Protein-Domäne repräsentieren, bewirkt das Exon shuffling die Neukombination solcher struktureller und funktioneller Einheiten. Dies ist z.B. bei der Serinprotease-Genfamilie der Fall, deren Vertreter am 5'-Ende Exonbereiche aufweisen, die auch außerhalb dieser Genfamilie vorkommen. Sind sich Gene in ihrer Struktur ähnlich, codieren jedoch Genprodukte mit sehr unterschiedlichen Funktionen, spricht man von einer Superfamilie. Häufig gehören zu solchen Superfamilien mehrere Genfamilien; z.B. gehören die Immunglobulin-Gene zu einer Superfamilie, deren Vertreter für verschiedene Zelloberflächenmoleküle mit und ohne immunologische Relevanz codieren (Immunglobulin-Superfamilie). differentielle Genexpression, Genamplifikation, Gendosis, Genexpression, paralog, repetitive DNA.

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