Grenzenlose Biologie

mRNA-Verarbeitung

Eukaryotische Prä-mRNA erhält eine 5′ – Kappe und einen 3′ Poly (A) – Schwanz, bevor Intronen entfernt werden und die mRNA als übersetzungsbereit gilt.

Prä-mRNA-Verarbeitung

The eukaryotic pre-mRNA undergoes extensive processing before it is ready to be translated., Die zusätzlichen Schritte, die an der eukaryotischen mRNA-Reifung beteiligt sind, erzeugen ein Molekül mit einer viel längeren Halbwertszeit als eine prokaryotische mRNA. Eukaryotische mRNAs dauern mehrere Stunden, während die typische E. coli-mRNA nicht länger als fünf Sekunden dauert.

Pre-mRNAs werden zunächst in RNA-stabilisierenden Proteinen beschichtet; diese schützen die Pre-mRNA vor Abbau, während sie verarbeitet und aus dem Kern exportiert wird., Die drei wichtigsten Schritte der Prä-mRNA-Verarbeitung sind die Zugabe von Stabilisierungs – und Signalfaktoren an den 5′ – und 3′ – Enden des Moleküls und die Entfernung von dazwischen liegenden Sequenzen, die nicht die geeigneten Aminosäuren spezifizieren. In seltenen Fällen kann das mRNA-Transkript nach der Transkription“ bearbeitet “ werden.

5 ‚Capping

Während die Prä-mRNA noch synthetisiert wird, wird eine 7-Methylguanosin-Kappe durch eine 5′ – zu-5′ – Phosphatverbindung zum 5′ – Ende des wachsenden Transkripts hinzugefügt. Diese Sättigung schützt die entstehende mRNA vor Abbau., Darüber hinaus erkennen Initiationsfaktoren, die an der Proteinsynthese beteiligt sind, die Kappe, um die Translation durch Ribosomen zu initiieren.

5′ – cap-Struktur: Kappung der pre-mRNA beinhaltet die Zugabe von 7-methylguanosine (m7G) an das 5′ – Ende. Die Kappe schützt das 5′ – Ende des primären RNA-Transkripts vor einem Angriff durch Ribonukleasen und wird von eukaryotischen Initiationsfaktoren erkannt, die an der Zusammenstellung des Ribosoms auf der reifen mRNA vor Beginn der Translation beteiligt sind.,

3 ‚ Poly – A-Schwanz

Während die RNA-Polymerase II immer noch stromabwärts des richtigen Endes eines Gens transkribiert, wird die Prä-mRNA durch einen Endonuklease-haltigen Proteinkomplex zwischen einer AAUAAA-Konsensussequenz und einer GU-reichen Sequenz gespalten. Dadurch wird die funktionelle Prä-mRNA aus dem Rest des Transkripts freigesetzt, das noch an die RNA-Polymerase gebunden ist., Ein Enzym namens Poly (A) Polymerase (PAP) ist Teil desselben Proteinkomplexes, der die Pre-mRNA spaltet, und fügt sofort eine Reihe von ungefähr 200 A-Nukleotiden, den sogenannten Poly (A)-Schwanz, dem 3′ – Ende der gerade gespaltenen Pre-mRNA hinzu. Der Poly (A) – Schwanz schützt die mRNA vor Abbau, hilft beim Export der reifen mRNA in das Zytoplasma und ist an Bindungsproteinen beteiligt, die an der Initiierung der Translation beteiligt sind.

Poly (A) Polymerase fügt der Prä-mRNA einen 3′ poly (A) Schwanz hinzu.,: Die Prä-mRNA wird vom Rest des wachsenden Transkripts abgespalten, bevor die RNA-Polymerase II die Transkription beendet hat. Diese Spaltung erfolgt durch einen Endonuklease-haltigen Proteinkomplex, der an eine AAUAAA-Sequenz stromaufwärts der Spaltstelle und an eine GU-reiche Sequenz stromabwärts der Schnittstelle bindet. Unmittelbar nach der Spaltung katalysiert Poly (A)-Polymerase (PAP), die ebenfalls Teil des Proteinkomplexes ist, die Zugabe von bis zu 200 A-Nukleotiden zum 3′ – Ende der gerade gespaltenen Prä-mRNA.,

Prä-mRNA-Spleißen

Eukaryotische Gene bestehen aus Exonen, die proteinkodierenden Sequenzen entsprechen (ex-on bedeutet, dass sie exprimiert werden), und intervenierenden Sequenzen, die als Intronen bezeichnet werden (int-ron bezeichnet ihre intervenierende Rolle), die an der Genregulation beteiligt sein können, aber während der Verarbeitung aus der Prä-mRNA entfernt werden. Intron-Sequenzen in mRNA kodieren keine funktionellen Proteine.,

Entdeckung von Intronen

Die Entdeckung von Intronen überraschte Forscher in den 1970er Jahren, die erwarteten, dass Prä-mRNAs Proteinsequenzen ohne weitere Verarbeitung spezifizieren würden, wie sie es bei Prokaryoten beobachtet hatten. Die Gene höherer Eukaryoten enthalten sehr oft ein oder mehrere Introns. Während diese Regionen regulatorischen Sequenzen entsprechen können, ist die biologische Bedeutung vieler Introns oder sehr langer Introns in einem Gen unklar. Es ist möglich, dass Introns die Genexpression verlangsamen, da die Transkription von Prä-mRNAs mit vielen Intronen länger dauert., Alternativ können Introns nicht funktionsfähige Sequenzreste sein, die während der gesamten Evolution von der Fusion antiker Gene übrig geblieben sind. Dies wird durch die Tatsache unterstützt, dass separate Exons häufig separate Proteinuntereinheiten oder Domänen codieren. Zum größten Teil können die Sequenzen von Intronen mutiert werden, ohne letztendlich das Proteinprodukt zu beeinflussen.

Intronenverarbeitung

Alle Intronen in einer Prä-mRNA müssen vor der Proteinsynthese vollständig und präzise entfernt werden., Wenn der Prozess sogar durch ein einzelnes Nukleotid irrt, würde sich der Leserahmen der wieder aufgenommenen Exonen verschieben und das resultierende Protein würde dysfunktional sein. Der Vorgang des Entfernens von Introns und des erneuten Verbindens von Exons wird als Spleißen bezeichnet. Introns werden entfernt und abgebaut, während sich die Prä-mRNA noch im Kern befindet. Das Spleißen erfolgt durch einen sequenzspezifischen Mechanismus, der sicherstellt, dass Intronen entfernt und Exonen mit der Genauigkeit und Präzision eines einzelnen Nukleotids wieder aufgenommen werden. Das Spleißen von Prä-mRNAs erfolgt durch Komplexe von Proteinen und RNA-Molekülen, sogenannte Spliceosomen.,

Pre-mRNA-Spleißen: Pre-mRNA-Spleißen beinhaltet die präzise Entfernung der introns aus dem primären RNA-Transkript. Der Spleißprozess wird durch große Komplexe, sogenannte Spliceosomen, katalysiert. Jedes Spliceosom besteht aus fünf Untereinheiten, die als snRNPs bezeichnet werden. Die Aktionen des Spliceseoms führen zum Zusammenspleißen der beiden Exons und zur Freisetzung des Introns in einer Lariat-Form.

Jedes Spliceosom besteht aus fünf Untereinheiten namens snRNPs (für kleine nukleare Ribonukleopartikel) und wird als „Snurps“bezeichnet.,) Jeder snRNP ist selbst ein Komplex von Proteinen und eine spezielle Art von RNA, die nur im Kern namens snRNAs (small Nuclear RNAs) gefunden wird. Spliceosomen erkennen Sequenzen am 5′ – Ende des Introns, weil Introns immer mit den Nukleotiden GU beginnen und sie Sequenzen am 3′ – Ende des Introns erkennen, weil sie immer mit den Nukleotiden AG enden. Das Spliceosom spaltet das Zuckerphosphat-Rückgrat der Prä-mRNA an dem G, das das Intron startet, und bindet dieses G kovalent an ein internes A-Nukleotid innerhalb des Introns., Dann verbindet der Spliceosme das 3 ‚Ende des ersten Exons mit dem 5′ Ende des folgenden Exons und spaltet dabei das 3‘ Ende des Introns. Dies führt zum Zusammenspleißen der beiden Exons und zur Freisetzung des Introns in Lariat-Form.

Mechanismus des Prä-mRNA-Spleißen.: Die snRNPs des Spliceosoms wurden aus dieser Figur herausgelassen, aber es zeigt die Stellen innerhalb des Introns, deren Wechselwirkungen durch das Spliceosom katalysiert werden., Zunächst wird das konservierte G, das ein Intron startet, vom 3′ – Ende des Exons stromaufwärts gespalten und das G kovalent an ein internes A innerhalb des Introns gebunden. Dann wird das 3′-Ende des gerade freigegebenen Exons mit dem 5′ – Ende des nächsten Exons verbunden, wobei die Bindung gespalten wird, die das 3′ – Ende des Introns an sein benachbartes Exon anschließt. Dies verbindet beide die beiden Exons und entfernt das Intron in lariat Form.