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Tutorial MenueGenregulation in Eu- und ProkaryontenLerneinheit 2 von 2

Eukaryontische Genregulation

RNA-Spleißen: Introns und Exons

Die codierenden Bereiche der eukaryontischen DNA (Exons) sind immer wieder durch so genannte Introns unterbrochen. Diese nicht-codierenden Bereiche werden zunächst auch transkribiert, d.h. in mRNA übersetzt, müssen aber später aus der Prä-mRNA durch RNA-Spleißen wieder entfernt werden, bevor diese mRNA als reife mRNA vom Kern ins Cytoplasma der Zelle transportiert wird.

Die Anzahl an Introns variiert beträchtlich; während manche Gene über 50 Introns haben, haben andere Gene gar keine.

Das Spleißen findet an so genannten "splice sites" statt, die konservierte Nucleotid-Sequenzen tragen. Introns beginnen fast immer mit der Nucleotid-Sequenz GU und enden fast immer mit AG (in 5'-3'-Richtung). Einige andere wichtige Nucleotide in der Nähe der Spleiß-Stellen sind weniger gut konserviert. Die Verzweigungsstelle (branch site) liegt etwa 20 bis 50 Basen stromaufwärts der Akzeptorstelle und hat die Konsensus-Sequenz CU(A/G) A (C/U). Als Spleiß-Donor wird das 5'-Ende des Introns bezeichnet, während der Spleiß-Akzeptor vom 3'-Ende des Introns gebildet wird.

Für das RNA-Spleißen wird ein Spleißosom (engl.spliceosome) gebildet, das an die Spleiß-Stellen bindet und Donor und Akzeptor zusammenbringt. Die mRNA wird am 5'-Ende (am konservierten GU) gespalten und der G-Rest des Donors auf die 2'-OH-Gruppe eines Adenosins in der Nähe der Akzeptorstelle übertragen (Umesterungsreaktion). Daraus resultiert eine Lasso-Struktur (engl. lariat), die dann herausgeschnitten wird. Die beiden Exons werden dann fusioniert.

Abb.1
RNA-Spleißen

Mehr zur Reaktion

Auch an diesem Schritt der Transkription kann Genregulation stattfinden: werden die Introns nicht aus der Prä-mRNA entfernt, wird die mRNA in den meisten Fällen schon im Kern abgebaut.

Hinweis
Falls die mRNA nicht abgebaut und ins Cytoplasma transportiert wird, kann trotzdem kein funktionsfähiges Protein gebildet werden. Zum einen können durch die Introns Verschiebungen im Leseraster (Rasterschübe) entstehen, zum anderen enthalten Introns Stop-Codons, die zum Abbruch der Translation am Ribosom führen. In einigen Fällen können die Spleiß-Stellen der prä-mRNA auch durch die Bindung eines regulatorischen Proteins quasi maskiert werden; diese Art der Regulation wird als alternatives Spleißen bezeichnet.

3D-Modell eines Spleißosom-Fragments mit snRNA

Mouse
Abb.2
3D-Modell eines menschlichen Spleißosom-Fragments mit snRNA

Die sn1)RNA ("U2 Hairpin IV") ist in blau dargestellt. In Magenta, Gelb und Weiß ist das Fragment des spleißosomalen Proteins U2B'' zu sehen (Aminosäuren 4 bis 99, ein Bestandteil des small-nuclear-Ribonucleoproteins U2/"U2 SNRNP"). Die Schleife der Aminosäuren 45 bis 54 (weißes Band) durchstößt die "Haarnadel" der snRNA. In Grau ist zusätzlich ein Fragment des spleißosomalen Proteins U2A' eingeblendet (Aminosäuren 1 bis 176, ebenfalls Bestandteil von "U2 SNRNP"). PDB-Code: 1A9N.

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