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Vom Gen zum Protein

Vokabeln Regulation

Tab.1
Wichtige Begriffe zur Regulation
VokabelErklärung
OperatorDer Begriff Operator wird im Sinne eines Vermittlers verwendet. Es handelt sich um eine symmetrische DNA-Sequenz, die entweder einen Repressor oder einen Aktivator binden kann. Repressor und Aktivator sind Proteine, die als Dimere, oft auch als Tetramere die symmetrische DNA-Sequenz erkennen. Liegt der Operator in Transkriptionsrichtung hinter dem Promotor, so handelt es sich stets um die Bindung eines Repressors, liegt der Operator vor dem Promotor, so handelt es sich um einen Aktivator. Bei divergierend aufgebauten Kontrollregionen, kann der Repressor auch gleichzeitig Aktivator für die Gegentranskription sein. Es handelt sich also um eine besonders wichtige DNA-Sequenz, die im Zusammenhang mit der Regulation der Genexpression intensiv studiert wurde. Konkret verhindert die Bindung des Repressors das Vorrücken der RNA-Polymerase wie eine mechanische Klammer. Durch Bindung niedermolekularer Induktoren kommt es bei manchen Repressoren zu Konformationsumwandlungen, die entweder eine weitere DNA-Bindung verhindern und damit die Umklammerung freigeben, oder die proximale Bindung der RNA-Polymerase erlauben.
Sigma-FaktorDer Sigma-Faktor ist der Startfaktor der RNA-Polymerase. Es gibt neben dem normalen Sigma-Faktor (σ70) noch eine Anzahl anderer Sigma-Faktoren, die dafür sorgen, dass nur bestimmte Promotoren erkannt werden. Dabei gilt die so genannte –35 Region neben einer –70 Region als Erkennungsstelle für die verschiedenen Sigma-Faktoren.
EnhancerDer Begriff Enhancer wird für eine DNA-Sequenz verwendet, die die Transkription an einem eukaryontischen Promotor verstärkt. Man kennt die Funktion des Enhancers auf Grund genetischer Daten, ohne dass man bisher ein Enhancer-bindendes Protein im Detail charakterisiert hätte. Der Enhancer entspricht dem prokaryontischen Aktivator, kann aber mehrere zehntausend Basenpaare entfernt liegen.
SilencerDer Begriff Silencer wird für eine DNA-Sequenz verwendet, die die Transkription an einem eukaryontischen Promotor reduziert. Hormon-bindende Proteine können in Abwesenheit des Hormons eine Genexpression verhindern, die dann durch Hormongabe aktiviert wird. Der Silencer entspricht also dem prokaryontischen Repressor.
TerminatorEin Terminator ist eine symmetrische DNA-Sequenz, die von der RNA-Polymerase transkribiert wird und an der die Transkription beendet wird. Man kann einen Terminator gut als Gierer-Bäumchen erkennen. Allerdings ist ein Terminator auf DNA-Ebene nicht aktiv. Es bildet sich dagegen an dieser Stelle eine RNA-Sequenz, die sich aufgrund ihrer symmetrischen Struktur zu einer Haarnadelschleife ergänzen kann. Bei Faktor-abhängigen Terminatoren wird die wachsende RNA von dem Terminationsfaktor Rho erkannt und aktiv aus dem DNA-RNA-Hybrid herausgezogen. Faktor-unabhängige Terminatoren wirken dagegen ausschließlich durch ihre eigene Struktur. Sie werden stets mit einer Sequenz aus fünf oder sechs Uridinen abgeschlossen, so dass prokaryontische Messenger-RNAs häufig mit einer Hexa-Uridin-Sequenz enden. Zur Funktion des Terminators gibt es ein spezielles Kapitel.
AttenuatorUnter Attenuator versteht man ein abschwächendes genetisches Element. In aller Regel handelt es sich um einen Terminator, der unter bestimmten Umständen die RNA-Synthese über die Terminator-Struktur hinaus zulässt. Da die Wirkung des Terminators auf der Ausbildung einer RNA-Haarnadelschleife beruht, lässt sich leicht verstehen, dass eine Störung dieser Ausbildung zu einer Abschwächung der Termination führt. Es handelt sich also sprachlich gesehen um eine doppelte Negation. In Abwesenheit des Attenuators würde die gewünschte Synthese dauerhaft unterbunden, also wäre eine regulierte Expression nicht möglich. Mechanistisch erfolgt eine Attenuation entweder durch die Ausbildung einer alternativen Haarnadelschleife oder durch aktive Bindung eines Proteins an die wachsende RNA-Kette selbst.
alternatives SplicenEine eukaryontische Messenger-RNA wird aus mehreren Teilstücken zusammengesetzt. Dabei gilt die Regel, dass stets nur die nächste 5'-Splice-Position mit der vorlaufenden 3'-Position verknüpft wird. Diese wird aber durchaus nicht immer eingehalten. Normalerweise kommt es zu funktionsunfähigen Messenger-RNA-Varianten. In Einzelfällen, wie insbesondere bei Viren, die nur ein Genom mit Minimalausstattung an Genen besitzen, kommt es zu alternativen Splice-Varianten, die alle sinnvolle und voneinander deutlich unterschiedliche Proteine codieren, weil z.B. ein anderes Leseraster genutzt wird.
5'-capDas 5'-Ende der prokaryontischen Messenger-RNA wird aus dem ersten Trinucleotid der Transkription gebildet und nicht weiter verändert. Es kann von 5'-Exonucleasen direkt erkannt werden. Das 5'-Ende der eukaryontischen Messenger- RNA wird dagegen so verändert, dass 5'-Exonucleasen keinen Angriffspunkt finden. Das 5'-Ende bekommt eine Kappe (engl. cap), so dass schließlich ein zweites 3'-Ende entsteht. Spezielle Enzyme bilden aus dem endständigen 5'-Triphosphat und einem GTP ein gemischtes 5',5'-Triphosphat, das durch Methylierung des endständigen Guanosins in Position 7 und teilweise auch der 2'-Hydroxy-Gruppen desselben Guanosins und/oder benachbarter Nucleotide modifiziert wird. Ganz offensichtlich dient diese Struktur auch der Erkennung als Messenger-RNA durch das Ribosom. Manche Viren können kein "cap" bilden und müssen daher aus reifen Messenger-RNAs die Kappe entfernen, um es in einer Art RNA-Primer für die Synthese der eigenen RNA einzusetzen.
Poly(A)-SchwanzDer sogenannte Poly(A)–Schwanz ist ein Charakteristikum eukaryontischer Messenger-RNAs. Um das 3'-Ende gegen Exonucleasen zu schützen, wird durch spezielle Enzyme ein relativ langer Bereich von Adenosinen angehängt. Solange diese enzymatische Aktivität den Poly(A)–Schwanz regeneriert, ist die 3'-Exonuclease mit "Unsinn" ausgelastet, so dass das codierende Gen translatiert werden kann. Die mRNA besitzt eine spezielle Sequenz, die von den Poly(A)-synthetisierenden Enzymen erkannt wird.
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