Unterabschnitte
Posttranskriptionale Kontrolle
Die Kontrolle der Umsetzung von der RNA bis zum Protein verläuft über
die folgenden Stationen:
- Frühzeitiges Beenden der Transkription
- Spleissen
- Transport aus dem Kern
- Räumliche Lage im cytoplasma
- Mögliches RNA-Editing
- Blockade der Translation
- Translaions-Recodierung
- RNA-Stabilisierung oder -Abbau
Die Methode, die Transkription vorzeitig zu beenden findet man vor
allem bei Bakterien. Hier bindet die RNA an die Polymerase und bewirkt
so den Abbruch der Transkription. Wird das Genprodukt benötigt, binden
andere Strukturen an die RNA und verhindern die Bindung an die
Polymerase.
Bei dem konstitutiven alternativen Spleissen werden konstitutiv in allen
Zellen, in denen das Gen exprimiert unterschiedliche Proteine durch
alternatives Spleissen hergestellt.
Normalerweise ist das Spleissen jedoch reguliert, indem entweder ein
Repressor die normale Spleiss-Stelle blockiert oder indem ein
Aktivator das Spleissosom zu einer anderenfalls ignorierten Stelle
führt.
Da das Ende der RNA-Synthese bei Eukaryonten durch eine
Schnittreaktion gesteuert wird, kann die Zelle auch durch diese
Schnittreaktion das 3'-Ende der RNA modifizieren. Bei B-Lymphocyten
wird beispielsweise der sezernierte von dem membrangebundenen
Antikörper dadurch unterschieden, indem bei dem letzteren durch eine
Kontrolle der RNA-Spaltung ein längerer hydrophober Bereich angehängt
wird.
Obwohl es für keinen der beiden Mechanismen direkte Beweise gibt,
nimmt man an, dass es Mechanismen gibt, die die RNA daran hindern, den
Zellkern zu verlassen, indem sie entweder das Primärtranskript direkt
abbauen oder den Transport der mRNA aus dem Zellkern verhindern.
Dies könnte dazu dienen, die RNA, die in allen Zellen produziert,
allerdings nur in wenigen gebraucht wird, vom Eindringen in das
Cytoplasma abzuhalten.
Die 3'-untranslatierte Region (UTR) befindet sichd zwischen Stop-Codon
und Poly-A-Schwanz und codiert ein Signal, das bestimmt, in welche
Region die RNA transportiert wird. So wird die RNA nach ihrer
Transkription zu ihren Wirkort transportiert und in vielen Fällen ist
dann auch die Wirkung des entsprechenden Proteins auf diese Region
beschränkt.
Bei dem trans-RNA-Spleissen werden zwei ursprünglich nicht verwandte
Sequenzen von mRNA miteinander verbunden. Bei den Trypanosomen wird
auf diese Weise die 5'-Leitsequenz angebracht und auch einige
Chloroplasten und Mitochondrien-RNAs werden auf diese Weise
kombiniert.
Den Prozess des RNA-Editing findet man vor allem in den Mitochondrien
vieler Pflanzen und Trypanosomen. Dabei wird die mRNA durch Insertion,
Deletion oder Austausch von Nukleotiden verändert. Dazu verwendet die
Zelle eine getrennt Transkribierte Führungs-RNA, die ein 5'-Ende
haben, das komplementär zu dem zu verändernden Bereich ist. Der
restliche Bereich enthält Informationen über die zu ändernde
Sequenz.
Bei den Säugern sind die vorkommenden Fälle von RNA-Editing meist
weniger ausgeprägt. So wird z.B. bei dem Apolipoprotein-B-Gen durch
Austausch eines C durch ein U ein Stopcodon erzeut, das eine kürzere
Form des Proteins erschafft und bei einem Transmittergestuerten
Ca-Kanal wird im Gehirn durch RNA-Editing dessen Leitfähigkeit
signifikant erhöht.
Alle weiteren Mechansimen kontrollieren die Translation.
Translationskontrolle
Bei den Bakterien findet man stromaufwärts des Startcodons eine
Sequenz von sechs Nukleotiden (die Shine-Dalgarno-Sequenz), die an die
ribosomale Untereinheit bindet und so die Translation initiiert. Durch
Blockade dieser Sequenz kann die Translation verhindert werden.
Bei Eukaryonten bindet die kleine ribosomale Untereinheit an dem
5'-Cap-Ende und nimmt in fast allen Fällen das erste AUG als
startcodon.
Nur bei sehr wenigen Zellen findet man im Inneren der RNA eine
spezielle Sequenz, die die Ribosomen dazu veranlasst, dort die
Translation zu beginnen.
In bestimmten Situationen (z.B. Hitzeschock oder Infektion) senkt die
Zelle die Gesamtproduktion an Proteinen. Die Translation wird durch
einen Faktor eIF-2 eingeleitet, der G-Protein-gekoppelt für die
Bindung der ersten Methionin-tRNA verantwortlich ist. Dabei wird ein
GTP zu GDP hydrolysiert. Da dieses dann aber sehr fest an das Protein
gebunden ist, benötigt es einen weiteren Faktor, eIF-2B, der das GDP
gegen ein GTP austauscht. Wenn dieser Faktor gehemmt wird, dann
unterbleibt die weitere Synthese von den meisten Proteinen - einige
Proteine werden über komplexe Mechanismen allerdings auch selektiv
gefördert.
Die Translationsrepressorproteine binden an die RNA am 5'-Ende und
inaktivieren so die Bindung der Ribosomen und die Proteinsynthese.
Die Stabilität eukaryontischer RNA kann variieren und hängt in grossen
Masse von der 3'-UTR-Region ab. Diese Region kann Sequenzen enthalten,
die dazu führen, dass entweder der Poly-A-Schwanz schneller abgebaut
wird oder aber die UTR mit dem Schwanz abgespalten und die Fragmente
schnell aufgelöst werden.
Man nimmt an, dass ein Poly-A-Schwanz von mindestens 30 Basen für eine
stabile mRNA notwendig ist. Man nimmt an, dass Proteine, die an den
Poly-A-schwanz binden, für den Eintritt der grossen Ribosomalen
Untereinheit verantworlich ist und somit die Translation regulieren.
Bei einigen Fällen, wie den Histonen fördert das Vorhandensein der
freien Proteine den Abbau ihrer mRNA.
Bei einer Translations-Recodierung wird das aus der Translation
kommende Protein verändert. Dies kann z.B. durch eine Verschiebung des
Leserasters geschehen. Mittels solcher Mechanismen ist es vielen Viren
möglich, aus einer RNA mehrere Proteine zu erzeugen.
Bei einigen Bakterien hat man auch Mechanismen gefunden, bei denen
eine antisense - RNA die Translation einer bestimmten RNA
blockiert. Dieser Mechanismus findet z.B. bei einigen Plasmiden statt
und verhindert so, dass der Plasmid das Bakterium durch seine
Überreplikation abtötet.
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