cDNA

cDNA is the acronym for "complementary DNA". This is an artificially produced DNA that is created in a molecular biology laboratory from mRNA(messenger RNA). cDNA is therefore the DNA copy of an active gene. It is produced from mRNA, contains only exons, is stable and is constantly used in research, diagnostics and molecular biology. The reverse transcription of RNA, coupled with the amplification of the resulting cDNA using polymerase chain reaction (RT-PCR), is one of the most important molecular biology technologies of the present day and is used in all areas of science and medicine (Bustin SA et al. 2022).

The mRNA is the molecule in a cell that indicates which genes are active at the time of examination. As mRNA is less stable than DNA, mRNA is converted into cDNA. For this purpose, a reverse transcriptase is used to make the DNA copy.

Einige wichtige Details unterscheiden cDNA von genomischer (normaler) DNA. Insbesondere fehlen ihr die Introns (nicht-codierende Abschnitte). Introns wurden bereits aus der mRNA herausgeschnitten. Da die cDNA ein Spiegelbild der mRNA ist, enthält sie auch nur die codierenden Bereiche (Exons) eines Gens. Dies ist einer der wichtigsten technischen Gründe, warum es einfacher ist, ein Gen ohne Introns zu klonen oder seine Aktivität zu messen.

Eine cDNA wird hauptsächlich wie folgt verwendet:

• Genexpressionsanalyse: Methodisch wird beispielsweise die quantitative Echtzeit-PCR (qPCR) eingesetzt, die in Echtzeit analysiert, welche Gene aktiv sind und wie stark ihre Aktivität ist. Die Genexpressionsanalyse gilt seit Langem als Kerntechnologie für die präzise, ​​schnelle und sensitive Labordiagnostik von Infektionskrankheiten sowie für die Tumor- und Mutationsdiagnostik (Bustin SA et al. 2022). Das wichtigste Ergebnis einer qPCR ist der Ct-Wert (Cycle Threshold), der angibt, nach wie vielen PCR-Zyklen die Fluoreszenz die Nachweisgrenze überschreitet (niedriger Wert = hohe Ausgangsmenge an DNA).
• Herstellung von cDNA-Bibliotheken. Die Herstellung von cDNA-Bibliotheken in voller Länge ermöglicht es Forschern, Genexpression und Proteininteraktionen zu untersuchen und neue Gene zu entdecken. Moderne Techniken erlauben die Produktion hochwertiger cDNA-Bibliotheken mit geringen mRNA-Mengen. Ein weiterer wichtiger Schritt bei der Erstellung hochwertiger cDNA-Bibliotheken ist die Normalisierung. Die Unterschiede in der Genexpression können mehrere Größenordnungen betragen. Daher ist die Normalisierung der cDNA-Bibliothek unerlässlich. Mithilfe des Enzyms „duplexspezifische Nuklease“ kann die cDNA-Bibliothek normalisiert werden, da häufig vorkommende Moleküle nach der Denaturierung eher wieder zusammengefügt werden als seltene Moleküle (Kooiker M et al. 2014).
• Klonierung von Genen, insbesondere von eukaryotischen Genen ohne Introns.
• RNA-Seq-Auswertung: Diagnostische Tests, bei denen nur die exprimierten Gene von Interesse sind.

1. Bogdanova EA et al. (2008) Normalization of full-length enriched cDNA. Mol Biosyst 4: 205-212.
2. Bustin SA et al. (2022) RT-qPCR Detection of SARS-CoV-2: No Need for a Dedicated Reverse Transcription Step. Int J Mol Sci 23:1303.
3. Kooiker M et al (2014) cDNA library preparation. Methods Mol Biol1099:29-40.