RNA-Prozessierung
Ein wichtiger Schritt im Weg von der DNA zum Protein ist die RNA-Prozessierung. Wir erklären dir hier den Ablauf und schau dir unser Video dazu an!
Inhaltsübersicht
Prozessierung einfach erklärt
Die RNA-Prozessierung ist ein wichtiger Schritt in der Proteinbiosynthese von Eukaryoten. Sie findet direkt nach der Transkription statt bei der ein Gen der DNA auf eine mRNA umgeschrieben wird.
Diese mRNA wird nun bei der Prozessierung in mehreren Schritten modifiziert. Die prä-mRNA wird dabei zur reifen mRNA umgewandelt. Nach erfolgreicher RNA-Prozessierung kann die fertige mRNA aus dem Zellkern ins Cytoplasma transportiert werden.
Insgesamt läuft die Prozessierung in 4 Schritten ab:
- Capping
- Polyadelynierung
- RNA-Editing
- Spleißen
Die ersten beiden Schritte Capping und Polyadenylierung sind zum Schutz der mRNA und um Erkennungssequenzen anzubauen. Beim Editing und Spleißen wird die mRNA-Sequenz dann wirklich bearbeitet und gekürzt. Schauen wir uns die Schritte im Detail an.
1. Capping
Das Capping findet schon statt, während die mRNA noch transkribiert wird. Das bedeutet, dass die Prozessierung sich mit der Transkription überlappt. Dabei wird an das 5′-Ende der prä-mRNA-Sequenz ein Guanosin (G) angehangen, das an einer Stelle mit einer Methyl-Gruppe versehen ist.
Dadurch ist dieses Ende der mRNA verschlossen, es wurde also sozusagen eine ‚Kappe‘ aufgesetzt. Somit ist die Sequenz vor dem Abbau von Enzymen geschützt.
2. Polyadenylierung
Anders als beim Capping, findet die Polyadenylierung erst nach Abschluss der Transkription statt. Hier wird durch eine Polymerase ein Poly(A)-Schwanz, bestehend aus ca. 250 Adenin-Molekülen, an das 3′-Ende der prä-mRNA angehangen. Damit die Polymerase auch an der richtigen Stelle ansetzt, gibt es am 3′-Ende der mRNA auch schon eine Erkennungssequenz: 5′-AAUAA-3′.
Dieser Poly(A)-Schwanz dient genauso wie das Capping zum Schutz der mRNA. Zusätzlich wird er aber auch als Erkennungssequenz genutzt für den Schritt nach der Prozessierung: die Translation .
3. RNA-Editing
Beim Editing wird die Sequenz der RNA selbst geändert, indem einige Nukleotide ausgetauscht werden. Dieser Schritt findet nicht bei jeder RNA-Prozessierung statt, er ist aber eine Möglichkeit, die Proteinvielfalt zu erhöhen. Bei manchen Genen ist er sogar notwendig, damit am Ende das richtige Protein herauskommt.
Methoden zum RNA-Editing sind:
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Austausch von Nukleotiden:
Beispielsweise der Austausch von Cytosin (C) zu Uracil (U), oder von Adenin (A) zu Guanosin (G). -
Nukleotid-Insertion:
Es werden Nukleotide eingefügt, um den Leserahmen zu verschieben. Dadurch werden z. B. die Start- und Stopcodons verändert. -
Nukleotid-Deletion:
Es werden Nukleotide gelöscht, wodurch ebenfalls der Leserahmen verschoben wird. -
Interkonversion:
Das ist eine Codonänderung, welche die Basen Cytosin (C) und Uracil (U) betrifft. Sie führt ebenfalls zu Veränderung von Start- und Stopcodons und der Änderung der Nukleotid-Sequenz.
Beispiel RNA-Editing
Ein gutes Beispiel für RNA-Editing ist der Vorgang am Protein ApoB. Dieses Protein wird von nur einem Strukturgen codiert, es kommen jedoch zwei verschiedene Variationen vor, ApoB48 und ApoB100.
ApoB48 wird im Dünndarm produziert und besteht aus 2153 Aminosäuren. ApoB100 hingegen wird in der Leber produziert und ist mit 4563 Aminosäuren mehr als doppelt so lang. Beide erfüllen dieselbe Funktion, sie transportieren unlösliche Lipide im Blut.
Der Unterschied zwischen den beiden liegt am Editing während der Prozessierung. Bei ApoB48 wird ein C Nukleotid mit einem U ausgetauscht. Das führt dazu, dass ein Stopcodon entsteht. Bei der folgenden Translation wird dann bei ApoB100 das ganze Transkript gebildet, während bei ApoB48 durch das Stopcodon die Translation ‚frühzeitig‘ beendet wird.
Bei ApoB48 fehlt deswegen auch die Aminosäure-Sequenz, welches den LDL-Rezeptor enhält. ApoB100 hat diesen Rezeptor und kann damit an Cholesterin binden und dieses im Blut transportieren. Die Funktionalität von ApoB48 und ApoB100 wird durch den Schritt des RNA-Editing also sehr unterschiedlich.
4. Spleißen
Der letzte Schritt der RNA-Prozessierung ist das Spleißen. Hier werden bestimmte Abschnitte aus der RNA herausgeschnitten. Die Gene können hier unterschiedlich gespleißt werden. Dadurch führt Spleißen, genauso wie Editing, zu einer höheren Proteinvielfalt.
Die prä-mRNA ist als Mosaikgen angeordnet. Dieses besteht aus zwei verschiedenen Arten von Sequenzen: Exons und Introns. Exons sind die codierenden Abschnitte, während Introns nicht-codierend, aber trotzdem wichtig für die Genregulation sind.
Nun gibt es zwei Methoden, bestimmte Sequenzen aus der mRNA herauszuschneiden: konstitutives Spleißen und alternatives Spleißen.
Konstitutives Spleißen
Beim konstitutiven Spleißen werden nur die Introns aus der Sequenz herausgeschnitten, während alle Exons in der Sequenz beibehalten und dann miteinander verknüpft werden. Nachdem die Introns entfernt wurden, verknüpfen sich die 3′-Enden mit den 5′-Enden des nebenliegenden Exons, wodurch wieder eine verknüpfte Sequenz entsteht. Die ganze Reaktion findet in einem Komplex statt, der Spleißosom genannt wird.
Mit dieser Methode kann aus jedem Gen nur genau ein Protein entstehen.
Alternatives Spleißen
Rund 90 % des Spleißens in dem Prozess der Prozessierung läuft aber in Form von alternativem Spleißen ab. Dabei werden auch Exons mit herausgeschnitten und stattdessen Introns in der Sequenz beibehalten.
Für prä-mRNA Sequenzen mit mehreren Exons und Introns können so viele verschiedene mRNAs entstehen, die zu jeweils verschiedenen Proteinen translatiert werden. Die Proteinvielfalt wird also erhöht.
RNA-Prozessierung — häufigste Fragen
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Was ist RNA-Prozessierung?
RNA-Prozessierung ist ein wichtiger Schritt in der Proteinbiosynthese bei der Genexpression von Eukaryoten. Die bei der Transkription entstandene prä-mRNA wird in reife mRNA umgewandelt. Diese kann dann für die darauf folgende Translation den Zellkern verlassen.
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Wo findet die RNA-Prozessierung statt?
RNA-Prozessierung findet im Zellkern statt. Nachdem der Schritt abgeschlossen ist, wird die reife mRNA zur Translation ins Cytoplasma transportiert.
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Warum wird RNA prozessiert?
Durch die Prozessierung wird die RNA vor enzymatischem Abbau geschützt und es werden Erkennungssequenzen angebaut. Außerdem wird durch die Änderung der Nukleotidsequenz die Genvielfalt erhöht und die Funktion des Proteins modifiziert.
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Sind Prozessierung und Spleißen das Gleiche?
Spleißen ist ein wichtiger Schritt in der Prozessierung von RNA. Dabei werden bestimmte Abschnitte aus der RNA herausgeschnitten, die Sequenz modifiziert und somit die Genvielfalt erhöht. Spleißen ist somit ein Teil der RNA-Prozessierung.
Translation
Die RNA-Prozessierung ist nur ein Schritt in der Proteinbiosynthese. Transkription, Translation und Genregulation gehören auch noch dazu. In unserem Video
zu Translation erklären wir dir den nächsten Schritt des Prozesses nochmal genauer!
