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Vom Gen zum Protein

Das Spleißosom

In höheren Eukaryonten werden die Introns der Kern-mRNAs durch einen großen 60S-Komplex erkannt und entfernt. Dieses Spleißosom besteht aus fünf snRNAs (small nuclear RNAs) und assoziierten Proteinen. Die Ribonucleoprotein-Komplexe werden auch snRNP oder snurps genannt (snRNP U1, U2, U4, U5 und U6). Die snRNPs spielen eine noch nicht vollständig verstandene Rolle bei bestimmten Autoimmunerkrankungen. So sind Autoantikörper (antiSm und antiRNP) bei Patienten mit systemischen Lupus erythromatosus (SLE) und beim Bindegewebserkrankungssyndrom (mixed connective tissue disease, MCTD) nachgewiesen worden (siehe Habets et al., 1985).

Das U3-snRNP ist an der rRNA-Prozessierung beteiligt. Dies konnte experimentell an Xenopus laevis -Oocyten (Krallenfrosch-Eizellen) gezeigt werden, indem deren endogene U3 snRNA durch Verwendung von Antisense-Oligonucleotiden unterbrochen wurde. In Xenopus laevis sind zwei rRNA-Prozessierungswege identifiziert worden, die als Pfad A und B bezeichnet werden. Im Reaktionsweg A wird aus einer prä-rRNA zunächst eine 40S-rRNA-Vorstufe gebildet, die anschließend in 20S- und 32S-Intermediate übergehen. Hieraus entstehen dann aus dem 20S-Intermediat die reife 18S-rRNA und aus der 32S-Zwischenstufe die 5,8S- und 28S-rRNAs. Experimentelle Befunde aus unabhängigen Studien an Mauszell-Extrakten bestätigen die Rolle der U3 snRNA bei den ersten Schritten der präribosomalen rRNA-Prozessierung. Gewebsspezifische Spleißosom-Varianten ermöglichen das alternative Spleißen einer mRNA in verschiedenen Geweben. Auch die relative Konzentration einiger Spleiß-Faktoren in der Zelle kann einen Einfluss darauf haben, welche der möglichen alternativen Spleiß-Stellen vom Spleißosom erkannt werden.

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Abb.1

Erklärung von in der Animation verwendeten Abkürzungen: A = branch point; BBP = branch point binding protein, ein Spleißfaktor (Polypeptid), der am Verzweigungspunkt (branch point) kooperativ bindet; U2AF = Spleiß-Faktor, der am Poly-Pyrimidin-Trakt bindet. Dieser ist vor dem 3'-Ende der Spleißstelle lokalisiert; beide Faktoren sind für den korrekten Zusammenbau des U2 snRNP essenziell.

Nicht alle Introns werden von Spleißosomen entfernt: Bei niederen Eukaryonten und den mitochondrialen Genen von Pilzen kommt auch Selbst-Spleißen vor, d.h. die RNA hat hier katalytische Aktivität (Ribozym; siehe auch Nobelpreis für Chemie 1989; S.Altman und T.R. Zech).

Definition
S ist der so genannte Sedimentationskoeffizient, der in der Einheit Svedberg angegeben wird (1 S = 1013s). Der Sedimentationskoeffizient wird durch Zentrifugation eines Moleküls in einer Ultrazentrifuge unter Vakuum in einem bestimmten Rotor und einer definierten Rotationsgeschwindigkeit (Dimension = Umdrehungen pro Minute, UPM oder engl. rotations per minute, RPM) ermittelt. S ist somit die Sedimentationsgeschwindigkeit bezogen auf die die effektive Zentrifugalbeschleunigung: S = v / ω2 x r . Der S-Wert steigt mit zunehmender Molmasse, jedoch ist dies keine einfache lineare Beziehung. Da S vom Reibungskoeffizienten f0 abhängt (f0 = 6 π η R0, mit η = Viskosität des Mediums und R0 = Radius; Stokes-Gesetz) und dieser wiederum von der Größe, der Form und der Hydratation des zu untersuchenden Moleküls, kann ein asymmetrisch gebautes Molekül einen kleineren S-Wert bei höherer Molmasse aufweisen als ein globuläres von niedrigerer Molmasse.

Literatur

Dundr, M.; Misteli, T. (2001): Functional architecture in the cell nucleus. In: Biochem. J.. 356 , 297-310
Guth, S.; Valcarcel, J. (2000): Kinetic role for mammalian SF1/BBP in spliceosome assembly and function after polypyrimidine tract recognition by U2AF. In: J. Biol.Chem.. 275 , 38059-38066
Habets, W.; Hoet, M.; Bringmann, P.; Lührmann, R.; van Venrooij, W. (1985): Autoantibodies to ribonucleoprotein particles containing U2 small nuclear RNA. In: The EMBO J. . 4 , 1545-1550
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Savino, R.; Gerbi, S. A. (1990): In vivo disruption of Xenopus U3 snRNA affects ribosomal RNA processing . In: The EMBO J. . 9 , 2299-2308
Valcarcel, J.; Gaur, R. K.; Singh, R.; Green, M. R. (1996): Interaction of U2AF65RS region with pre-mRNA of branch point and promotion base pairing with U2 sn RNA. In: Science. 273 , 1706-1709

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