Intersectin 2 und seine Spleissvarianten [article]

Christina Ampofo, Universität Des Saarlandes, Universität Des Saarlandes
2011
Die genetische Information eukaryoter Zellen ist in Form von DNA auf den Chromosomen in codierenden und nicht codierenden Abschnitten auf den Genen niedergelegt. Diese Information wird mit Hilfe eines umfangreichen, synthetisierenden Systems über zwei Wege in Genprodukte (rRNA, tRNA, snRNA, mRNA) und Proteine umgesetzt. Diese Wege bezeichnet man als Transskription und Translation. Bei der Transskription in eukaryotischen Zellen wird die genetische Information der DNA über komplexe Mechanismen
more » ... plexe Mechanismen (siehe 2.2) in verschiedene RNA-Moleküle überführt. Die Regulation der Transkription erfolgt mit Hilfe sogenannter Transkriptionsfaktoren. Diese sind Proteine, die direkt mit spezifischen DNA-Sequenzen interagieren und dabei einen fördernden oder hemmenden Einfluss auf die Transkriptionsvorgänge ausüben. Bei der Transskription können bestimmte Abschnitte festgelegt werden, welche in den darauf folgenden Schritten in Proteine übersetzt werden, andere Bereiche wiederum können herausgeschnitten werden. Seit langem ist bekannt, dass die grosse Mehrheit der für ein Protein codierenden Sequenzen (Gene) in Introns (nicht codierender Teil eines Gens) und in Exons (codierender Teil eines Gens) aufgeteilt ist. Die bei der Transskription entstehende prä-mRNA enthält auch die transskribierten, nicht codierenden Intronabschnitte. Ihre Entfernung erfolgt bei dem Vorgang des Spleissens. 2.1.2 Spleissen Als Spleissen wird das Herausschneiden nicht codierender Bereiche aus der mRNA-Vorstufe, der Prä-mRNA, und das Zusammenschweissen der verbleibenden Abschnitte zur endgültigen mRNA bezeichnet. Katalysiert und gesteuert wird der 5 Vorgang durch einen multifaktoriellen Komplex, genannt Spleissosom. Das Herausschneiden erfolgt spezifisch an bestimmten Sequenzstellen, die von einem speziellen Komplex, dem Spleissosom, erkannt werden. Es gibt mehrere Arten dieser sogenannten Erkennungssequenzen. Je nachdem, von welchen Spaltstellen bei einem Spleissvorgang Gebrauch gemacht wird, können beim Zusammenschweissen bestimmte abgelesene, d.h. codierende Abschnitte oder Exons, ausgelassen werden. Es kann aber auch ein im Normalfall nicht codierender Teil, ein Intron, durchgelesen und ebenfalls in eine Proteinsequenz übersetzt werden. Bei vielen Organismen, auch beim Menschen, werden bestimmte Gene alternativ gespleisst, d.h. es wird jeweils in Abhängigkeit von Organ oder ontogenetischer Entwicklungsstufe, eine unterschiedliche Anzahl von Exons zur Konstruktion des endgültigen mRNA-Moleküls aus demselben RNA-Vorläufermolekül herangezogen. Dies führt zur Synthese unterschiedlich langer mRNA-Moleküle. Aus den mRNA-Molekülen entstehen schliesslich in einem weiteren komplexen Prozess, der Translation, an den Ribosomen die Proteine. Über diese Vorgänge können schliesslich aus einem Gen verschiedene Proteine entstehen. 2.2 Posttranskriptionale Modifikationen Eine Reihe enzymatischer Mechanismen verändern das primäre RNA-Transkript, bevor es als reife mRNA den Zellkern verlassen und die genetische Information zu den Ribosomen ins Cytoplasma tragen kann. Dazu zählen 1. Chemische Veränderungen an den Enden des mRNA-Moleküls 2. RNA-Editing 3. RNA-Spleissen 2.2.1 Chemische Veränderungen des mRNA-Moleküls 2.2.1.1 Modifikation des 5´-Endes: Cap-Struktur An das 5´-Triphosphat-Ende des entstehenden mRNA-Vorläufers wird ein 7-Methylguanosintriphosphat als Kopfgruppe (Cap) angehängt. Die Reaktion wird durch das Enzym Guanyltransferase katalysiert. Häufig werden auch weitere 6 Methylgruppen an die beiden anschliessenden Nukleotide angefügt. Eine wichtige Funktion der Cap-Struktur ist der Schutz der entstehenden RNA vor dem Abbau durch Phosphatasen und Nukleasen. Sie ist ein Signal für den Transport der mRNA durch die Kernporen und wird auch für die Anlagerung an das entstehende Ribosom benötigt, wo sie dem Auffinden des Startpunktes der Translation dient. Schliesslich kann die Cap-Struktur auch eine Rolle bei den Spleissprozessen spielen (HENNIG, 1998). 2.2.1.2 Modifikation des 3´-Endes: Polyadenylierung Das 3´-Ende der mRNA wird durch das Anfügen einer langen Reihe von bis zu 250 Adenylresten abgewandelt, das Poly(A)-Ende bzw. der Poly(A)-Schwanz. Die Polyadenylierung erfolgt an einem spezifischen Signal, einer Konsensussequenz AAUAAA, welche nicht am 3´-Ende des Primärtranskripts, sondern 10-30 Nukleotide weiter in 5´-Richtung liegt. Hier werden einige der letzten Nukleotide durch einen Spaltungsvorgang entfernt und die Adenylatreste durch das Enzym Polyadenylatpolymerase angeheftet. Hinweise sprechen dafür, dass der Poly(A)-Schwanz die mRNA und die Cap-Struktur vor enzymatischem Abbau bewahrt und eine wichtige Funktion bei der Bestimmung der Halbwertszeit der RNA spielt (HENNIG, 1998). RNA-Editing Beim RNA-Editing ("Redigieren" von RNA) wird die Nukleotidsequenz durch Substitution, Insertion oder Deletion verändert. Ein anschauliches Beispiel hierfür ist das Einfügen mehrerer U-Nukleotide in verschiedene Positionen des mRNA-Moleküls oder die Umwandlung eines C in ein U in der mRNA für das humane Apolipoprotein B. Im Genom gibt es für dieses Protein nur ein Gen, dessen Sequenz in allen Geweben identisch ist. In der Leber wird dieses Protein in seiner vollen Grösse translatiert, im Darm entsteht eine kürzere Proteinform. Findet ein Editing dieses Proteins im Darmgewebe statt, hat das neue, veränderte Protein eine andere Funktion als das Apolipoprotein B, welches in der Leber synthetisiert wird. 9 hat die Aufgabe, die prä-mRNA für die Formierung des späteren Spleisskomplexes zu markieren. Mit der Anlagerung des U2-snRNP an die branch site geht der E-Komplex in den A-Komplex über. Die Anlagerung erfolgt unter Hydrolyse von ATP und kennzeichnet die prä-mRNA für den Spleissvorgang. Das eigentliche Spleissosom entsteht, wenn sich U5-und U4/U6-snRNPs an den Komplex binden. Dieses auch B-Komplex genannte Gebilde enthält alle für die Spleissreaktion notwendigen Komponenten. Löst sich U1 aus dem Verband, entsteht der B2-Komplex. Der C-Komplex bildet schliesslich das Lariat aus, nachdem U4 aus dem Komplex entlassen wird und so die 5´-Stelle gespalten werden kann. In einem weiteren Schritt werden nun die 3´-Stelle mit Hilfe von U2, U5 und U6 gespalten und die Exons miteinander verknüpft. Nach Beendigung des Vorgangs dissoziiert der Komplex in seine Bestandteile und die gespleisste RNA wird freigesetzt.
doi:10.22028/d291-21374 fatcat:xwb54wkmtzh5hbgrf353k2tiny