Paralog

Der Begriff „paralog“ bezieht sich in der Molekularbiologie und Genetik auf Gene, die innerhalb desselben Genoms durch einen Genduplikationsprozess entstanden sind. Parologe und Orthologe sind zwei grundlegend verschiedene Arten homologer Gene, die sich durch vertikale Abstammung von einem einzelnen Vorfahrengen bzw. durch Duplikation entwickelt haben. Als paralog werden auch Moleküle bezeichnet, die infolge von Genduplikationen in ein und demselben Organismus in verschiedenen Abwandlungen vorkommen, so z.B. alpha- und beta-Hämoglobin. Das Gegenteil von paralog ist ortholog.

Genduplikation: Paralog erzeugte Gene entstehen durch die Duplikation eines Urgens. Nachdem ein Gen dupliziert wurde, entwickelt sich jedes der Duplikate unabhängig weiter und kann im Laufe der Evolution unterschiedliche Funktionen übernehmen.

Strukturelle Ähnlichkeit: Da parallele Gene (Paraloge) aus einer gemeinsamen genetischen Vorlage hervorgegangen sind, besitzen sie oft ähnliche Sequenzen und strukturelle Merkmale, auch wenn sie im Laufe der Zeit divergieren.

Funktionelle Konsequenzen:

• Funktionelle Divergenz: Trotz ihrer Ähnlichkeit können Paraloge unterschiedliche Funktionen erfüllen. Während sie anfangs oft redundant waren, ermöglicht die anschließende Mutation und Selektion häufig die Entwicklung neuer oder spezialisierter Funktionen.
• Beitrag zur genetischen Vielfalt: Die Genduplikation und das daraus resultierende Entstehen von Paralogen sind wichtige Mechanismen der molekularen Evolution und tragen zur Komplexität und Anpassungsfähigkeit von Organismen bei.

Abgrenzung zu verwandten Begriffen:

• Orthologe Gene: Im Gegensatz zu Paralogen, die innerhalb derselben Art durch Duplikation entstehen, bezeichnet man als Orthologe Gene, die bei verschiedenen Arten aus einem gemeinsamen Vorfahren hervorgegangen sind. Orthologe Gene erfüllen oft ähnliche Funktionen in unterschiedlichen Organismen.
• Homologe Gene: Beide, sowohl paraloge als auch orthologe Gene, gehören zur größeren Kategorie der homologen Gene, da sie von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen, jedoch unterscheiden sie sich durch ihren evolutionären Ursprung.

Orthologie und Paralogie sind Schlüsselkonzepte der evolutionären Genomik. Eine klare Unterscheidung zwischen Orthologen und Parologen ist für die Erstellung einer robusten evolutionären Klassifizierung von Genen und einer zuverlässigen funktionalen Annotation neu sequenzierter Genome von entscheidender Bedeutung. Genomvergleiche zeigen, dass für die meisten Gene jedes sequenzierten Genoms orthologe Beziehungen zu Genen von taxonomisch entfernten Arten hergestellt werden können (Koonin EV 2005).

1. Barton NH (2006) Evolutionary biology: how did the human species form? Curr Biol 16:R647-650.
2. Koonin EV (2005) Orthologs, paralogs, and evolutionary genomics. Annu Rev Genet 39:309-338.
3. Studer RA, Robinson-Rechavi M. How confident can we be that orthologs are similar, but paralogs differ? Trends Genet 25:210-216.