Nullomer

Ein Nullomer (Kofferwort aus ‚Null-Vorkommen‘ und Oligomer) ist eine kurze DNA-Sequenz, die nicht im Genom einer bestimmten Art vorkommt, obwohl sie theoretisch möglich wäre.[1] Die Funktion dieser „verbotenen“ Sequenzen ist noch unbekannt, möglicherweise sind sie toxisch oder dienen der Erkennung und Beseitigung von Pathogenen.[2]

Eigenschaften

Nullomere sind, bezogen auf die jeweilige Art, die kürzesten nicht-natürlich vorkommenden DNA-Sequenzen. Bei Bakterien sind manche DNA-Sequenzen toxisch, z. B. das Codon AGA, welches die Aminosäure Arginin codiert und in Bakterien fast nicht verwendet wird (sondern CGA).[3] Es gibt artspezifische Unterschiede in der Codonverwendung.[4] Weiterhin können manche GC-reiche Sequenzen als Sensor für oxidativen Stress dienen, da dort eine Oxidation zu einem Einzelstrangbruch und der Aktivierung der DNA-Reparatur führt.[5]

**Sequenz menschlicher Nullomere von 11 Basenpaaren Länge im menschlichen Genom**[6]
Kein Vorkommen	CGCTCGACGTA, GTCCGAGCGTA, CGACGAACGGT, CCGATACGTCG
Einmaliges Vorkommen	TACGCGCGACA, CGCGACGCATA, TCGGTACGCTA, TCGCGACCGTA, CGATCGTGCGA, CGCGTATCGGT
Zweimaliges Vorkommen	CGTCGCTCGAA, TCGCGCGAATA, TCGACGCGATA, ATCGTCGACGA, CTACGCGTCGA, CGTATACGCGA, CGATTACGCGA, CGATTCGGCGA, CGACGTACCGT, CGACGAACGAG, CGCGTAATACG, CGCGCTATACG
Dreimaliges Vorkommen	CGCGCATAATA, CGACGGCAGTA, CGAATCGCGTA, CGGTCGTACGA, GCGCGTACCGA, CGCGTAATCGA, CGTCGTTCGAC, CCGTCGAACGC, ACGCGCGATAT, CGAACGGTCGT, CGCGTAACGCG, CCGAATACGCG, CATATCGCGCG

Tabelle der Nullomeranzahl und -länge in verschiedenen Arten[6]
Art	10bp	11bp	12bp	13bp
Arabidopsis	107	23646	1167012	20237388
C Elegans	2	7686	1152038	23339534
Huhn	2	590	131515	4722702
Schimpanse	0	136	45938	2426474
Kuh	0	96	45060	2432554
Hund	0	40	25217	1868964
Fruchtfliege	0	206	221616	12399300
Mensch	0	80	39852	2232448
Maus	0	178	54383	2625646
Ratte	0	50	30708	1933220
Zebrafisch	0	2	15561	2469558

Anwendungen

Nullomere werden in der forensischen DNA-Analyse als Marker und interner Standard eingesetzt, da keine Kreuzkontamination aus natürlicher DNA vorkommt.[7]

Einzelnachweise

C. Acquisti, G. Poste, D. Curtiss, S. Kumar: Nullomers: really a matter of natural selection? In: PloS one. Band 2, Nummer 10, 2007, S. e1022, ISSN 1932-6203. doi:10.1371/journal.pone.0001022. PMID 17925870. PMC 1995752 (freier Volltext).
A. Alileche, J. Goswami, W. Bourland, M. Davis, G. Hampikian: Nullomer derived anticancer peptides (NulloPs): differential lethal effects on normal and cancer cells in vitro. In: Peptides. Band 38, Nummer 2, Dezember 2012, S. 302–311, ISSN 1873-5169. doi:10.1016/j.peptides.2012.09.015. PMID 23000474.
L. R. Cruz-Vera, M. A. Magos-Castro, E. Zamora-Romo, G. Guarneros: Ribosome stalling and peptidyl-tRNA drop-off during translational delay at AGA codons. In: Nucleic acids research. Band 32, Nummer 15, 2004, S. 4462–4468, ISSN 1362-4962. doi:10.1093/nar/gkh784. PMID 15317870. PMC 516057 (freier Volltext).
M. dos Reis, R. Savva, L. Wernisch: Solving the riddle of codon usage preferences: a test for translational selection. In: Nucleic acids research. Band 32, Nummer 17, 2004, S. 5036–5044, ISSN 1362-4962. doi:10.1093/nar/gkh834. PMID 15448185. PMC 521650 (freier Volltext).
Keith A. Friedman, Adam Heller: On the Non-Uniform Distribution of Guanine in Introns of Human Genes: Possible Protection of Exons against Oxidation by Proximal Intron Poly-G Sequences. In: The Journal of Physical Chemistry B. 105, 2001, S. 11859–11865, doi:10.1021/jp012043n.
G. Hampikian, T. Andersen: Absent sequences: nullomers and primes. In: Pacific Symposium on Biocomputing. Pacific Symposium on Biocomputing. 2007, S. 355–366, ISSN 2335-6936. PMID 17990505.
J. Goswami, M. C. Davis, T. Andersen, A. Alileche, G. Hampikian: Safeguarding forensic DNA reference samples with nullomer barcodes. In: Journal of forensic and legal medicine. Band 20, Nummer 5, Juli 2013, S. 513–519, ISSN 1878-7487. doi:10.1016/j.jflm.2013.02.003. PMID 23756524.

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[1] C. Acquisti, G. Poste, D. Curtiss, S. Kumar: Nullomers: really a matter of natural selection? In: PloS one. Band 2, Nummer 10, 2007, S. e1022, ISSN 1932-6203. doi:10.1371/journal.pone.0001022. PMID 17925870. PMC 1995752 (freier Volltext).

[2] A. Alileche, J. Goswami, W. Bourland, M. Davis, G. Hampikian: Nullomer derived anticancer peptides (NulloPs): differential lethal effects on normal and cancer cells in vitro. In: Peptides. Band 38, Nummer 2, Dezember 2012, S. 302–311, ISSN 1873-5169. doi:10.1016/j.peptides.2012.09.015. PMID 23000474.

[3] L. R. Cruz-Vera, M. A. Magos-Castro, E. Zamora-Romo, G. Guarneros: Ribosome stalling and peptidyl-tRNA drop-off during translational delay at AGA codons. In: Nucleic acids research. Band 32, Nummer 15, 2004, S. 4462–4468, ISSN 1362-4962. doi:10.1093/nar/gkh784. PMID 15317870. PMC 516057 (freier Volltext).

[4] M. dos Reis, R. Savva, L. Wernisch: Solving the riddle of codon usage preferences: a test for translational selection. In: Nucleic acids research. Band 32, Nummer 17, 2004, S. 5036–5044, ISSN 1362-4962. doi:10.1093/nar/gkh834. PMID 15448185. PMC 521650 (freier Volltext).

[DOI10.1021/jp012043n-5] Keith A. Friedman, Adam Heller: On the Non-Uniform Distribution of Guanine in Introns of Human Genes: Possible Protection of Exons against Oxidation by Proximal Intron Poly-G Sequences. In: The Journal of Physical Chemistry B. 105, 2001, S. 11859–11865, doi:10.1021/jp012043n.

[PMID_17990505-6] G. Hampikian, T. Andersen: Absent sequences: nullomers and primes. In: Pacific Symposium on Biocomputing. Pacific Symposium on Biocomputing. 2007, S. 355–366, ISSN 2335-6936. PMID 17990505.

[7] J. Goswami, M. C. Davis, T. Andersen, A. Alileche, G. Hampikian: Safeguarding forensic DNA reference samples with nullomer barcodes. In: Journal of forensic and legal medicine. Band 20, Nummer 5, Juli 2013, S. 513–519, ISSN 1878-7487. doi:10.1016/j.jflm.2013.02.003. PMID 23756524.