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Prokaryontische Genregulation

Regulation der Genexpression durch Translationskontrolle: Beispiel Ferritin

Auch die erhöhte Translation der Ferritin-mRNA in Gegenwart von Eisen ist auf eine Translationskontrolle zurückzuführen.

Im 5'-UTR dieser mRNA befindet sich ein Eisen-regulatorisches Element (IRE), das eine stem-loop-Struktur ausbilden kann. Diese Struktur ähnelt sehr stark einer Region im 3'-UTR der Transferritin-Rezeptor-mRNA, deren Stabilität in Gegenwart von Eisen allerdings negativ und nicht positiv beeinflusst wird. Je nachdem, wo dieses IRE also lokalisiert ist, kann es unterschiedliche Auswirkungen für die mRNA haben: im einen Fall ist die mRNA-Stabilität reduziert, im anderen Fall die Translationsrate erhöht. Wie kann man sich das vorstellen?

Abb.1

Wenn sich die Eisen-Konzentration im Cytosol erhöht, steigt auch die Syntheserate für das eisenbindende Protein Ferritin. Gleichzeitig sinkt die Syntheserate an Transferrin-Rezeptor, der für den Eisentransport über die Membran verantwortlich ist. In beiden Fällen ist das eisenregulatorische Protein Aconitase beteiligt. Die Bindung der Aconitase an das 5'-UTR der Ferritin-mRNA verhindert die Inititation der Translation, während die Bindung der Aconitase an das 3'-Ende der Transferrin-Rezeptor-mRNA diese vor dem Angriff durch Nucleasen schützt und so die Halbwertszeit dieser mRNA erhöht. (Abbildung modifiziert nach: Alberts et al., Molecular Biology of the Cell.)

Das IRE wird bei der Bindung von Eisen entfaltet. Wenn das IRE am 3'-Ende der mRNA liegt, bedeutet die Entfaltung, dass nun Nucleasen verstärkt angreifen und die mRNA abbauen können. Die Stabilität dieser mRNA ist also reduziert. Liegt das IRE aber am 5'-Ende der mRNA, führt eine lokale Entfaltung dazu, dass das Ribosom ungehindert an der mRNA entlang wandern kann - und so die Translationsrate steigt.

Literatur

Alberts, B.; Bray, D.; Lewis et al., J. (2002): Molecular Biology of the Cell. , ISBN: 0-8153-4072-9
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