Katalytische RNA und RNA-Editing

Eine RNA kann - ähnlich einem Enzym - auch eine katalytische Aktivität aufweisen. Solche RNAs bezeichnet man als Ribozyme.

Neben dem Spleissen kann die RNA andere Veränderungen an einzelnen Basen erfahren. Dieser Prozess wird als RNA-Editing bezeichnet.

Die schon in 3.3 erwähnten Introns der Gruppe I spleissen sich durch eine Umesterung selbst. Auch diese Reaktion ist eine katalytische Aktität der RNA.

Selbstspleissende RNA

Die Introns der Gruppe I können sich selbst aus der RNA heraussplicen. Diese Reaktion benötigt ein monovalentes Kation, ein bivalentes Kation und ein Guaninnukleotid (Guanin, GMP, GDP oder GTP) mit einer 3'-OH-Gruppe.

Diese Gruppe reagiert in einem wersten Schitt mir dem 5'-Ende des Intrions und verbindet sich mit diesem. Die nun freie OH-Gruppe des Exons greift nun das 5'-Ende des zweiten Exons an. Diese beiden Reaktionen laufen gekoppelt ab und setzen das Intron als lineare Sequenz frei. Diese verändert sich durch eine dritte Umlagerung zu einem ringförmigen Molekül.

Diese Reaktion läuft auf der Grundlage von Umesterungen ohne Energieaufwand ab und ist auch in vivo nicht von Proteinen abhängig; wird jedoch in vivo von solchen unterstützt.

Das Spleissen ist eine von dem Intron vermittelte Reaktion, die durch das Ausbilden einer bestimmten Sekundärstruktur erreicht wird. Das Intron kann seinen Ringschluss in vitro auch wieder umkehren kann sich ausserdem mit einem geeigneten Partner in vitro aus eigener Kraft verknüpfen.

In vitro konnte man dem Intron verschiedene andere, auf Umesterung basierende Reaktionen nachweisen. Dies beruht darauf, dass das Intron - analog einem klassischen Enzym - eine Substratbindungsstelle aufweist, an die ein Substrat binden kann. Die Substratbindung ruft dann eine Konformationsänderung hervor, die eine Reaktion auslöst, welche der Umesterung bei dem Prozess des Spleissens gleicht. Wenn man eine solche Reaktion mittels der Michaelis-Menten-Kinetik analysiert, wird man feststellen, dass die Reaktion an sich sehr langsam verläuft und die Bindung der RNA an ihr Substrat hoch spezifisch ist.

Bei einigen Introns findet man auch offene Leseraster, die für ein Protein codieren, das es dem Intron erlaubt, sich entweder als RNA oder in einer DNA-Form in das Genom zu integrieren. Dieses Phänomen findet man sowohl bei der Gruppe I, als auch bei der Gruppe II. Die Introns codieren für Endonukleasen, Reverse Transkriptasen und Maturasen, die die Introns aus der prä-mRNA herausspleissen. Zumeist funktionier die Integration über eine spezielle Endonuklease, die eine Zielsequenz erkennt und spaltet, so dass sich das Intron integrieren kann.

Die Zielsequenz der Endonuklease ist sehr lang und somit hochspezifisch. Diese gewährleistet, dass die Ausbreitung des Introns auf einen bestimmten Bereich beschränkt ist (intron homing). In Kombination mit einer RT entsteht ein Mechanismus, der dme der Retroviren sehr ähnlich ist.

Ribonukleasen

Die Ribunuklease P, eine tRNA-prozessierende Endonuklease von E. coli besteht aus einem Polypeptid und einer RNA. Unter physiologischen Bedingungen sind beide Kompnenten notwendig. Wenn man allerdings die Konzentration an Mg²⁺ verändert, so ist die Proteinkomponente entbehrlich. Diese Aktivität beruht auf einer speziellen Sekundärstruktur, die sich unter der Mitwirkung von Mg²⁺ ausbildet.

Bei einigen pflanzlichen RNAs findet man eine Endonukleaseaktivität, die es ihnen erlaubt, andere Substanzen zu bearbeiten. Man teilt diese RNAs in Viroide und Virusoide ein. Die Viroide können eigenständig agieren und keiner Proteinummantelung bedürfen, während die Virusoide zusammen mit dem Genom eine Pflanzenvirus in einer RNA verpackt werden; sie sind bei íhrer Replikation also auf einen Virus angewiesen.

Beide Formen vermehren sich in der Form eines rolling circle - Modells. Die RNAs können sich (teilweise erst nach Erhitzen und der damit verbundenen Konformationsänderung) selbst spalten und durch Zusammenlagerung mit anderen RNAs eine aktive Struktur bilden (Hammerkopf).

RNA-Editing

Bei dem RNA-Editing wird die in der mRNA enthaltende Information editiert. Während in den Mitochondrien der Geisseltierchen die RNAs eine umfassende Bearbeitung erhalten, ist das RNA-Editing bei den Säugern meist auf wenige Basen beschränkt.

Bei den Säugern findet man das RNA-Editing z.B. bei dem Protein ApoB oder den Glutamatrezeptoren im Gehirn der Ratte. Dabei werden bestimmte Codons so geändert, dass bei apoB ein kürzeres Protein entsteht und bei den Rezeptoren der Ionenfluss wesentlich beeinflusst wird. Die Sequenz oder eine Sekundärstruktur wird spezifisch erkannt und durch eine Desaminierung verändert.

Bei den Mitochondrien der Trypanosomen laufen wesentlich umfangreichere Veränderungen ab. Dort findet man teilweise auch Leserasterverschiebungen, die durch das RNA-Editing in Form von Urindinresten, die eingeführt oder entfernt werden.

In diesem Fall dient eine zweite RNA als Korrektur- oder guid-RNA. Diese lagert sich mit einem komplementären Teil an die RNA, wobei einige A's ohne Partner bleiben und im Rahmen des RNA-Editings ersetzt werden. Oftmals findet man auch mehrere Korrekturen durch aufeinanderfolgende RNAs.

Spleissen der RNA Inhalt Transkription und Translation Umbauvorgänge an der DNA