Splicen, Prozessieren und Editionen

Das nukleotid-genaue Herrausschneiden der Introns und Aneinanderreihung der Exons, die in der prä-mRNA vorliegen

• 5’-Spleißstelle

• 3’-Spleißstelle

• ein Adenosin als Verzweigungsstelle

  • meist 20-40 Nukleotide stromaufwärts der 3’-Spleißstelle

• eine Folge von Pyrimidin-Nukleotiden vor der 3’-Spleißstelle

  • Uracil / Cytosin

GT-AG-REGEL

• Im Gen: GT…AG

• in prä-mRNA: GU…AG

β-Thalassämie

• rezessiv

• verhindert bei Heterozygotie die Verbeitung von Malaria

Zweifache Umesterung

Esterbindung: zwei Alkohole unter Wasserabspaltung bilden C-O-C

Transesterreaktion: eine Esterbindung geht in eine andere über

1. Öffnung der 5’-Spleißstelle und Bildung der Verzweigung

   • 1. Umesterung: 5’-2’ (roter Pfeil)

1. Öffnen der 3’-Spleißstelle und Verknüpfung der Exons

   • 2. Umesterung: 5’-3’

   • freies OH des Exons I übernimmt Phosphat von Exon II

• Produkt:

  • Exons ohne Introns

  • Introns als Lariat (Lassostruktur)

1. hnRNP (heterogenes nuklears Ribonucleoprotein)

   • aus RNA und Proteinen

   • bedeckt RNA im Zellkern schon während Transkription (liegt nie frei vor)

2. snRNP-Partikel (snurp, small nuclear ribonucleoprotein)

   • aus kleinen RNAs und 7 Proteinen

   • ausgeprägte Sekundärstruktur und charakteristische 5’-Kappen

   • eigentliche Spleißarbeit, bilden Spleißosom

     • für die meisten mRNAs sind 4 wichtig

     • U1, U2, U5: je 1 RNA-Molekül

     • U4/U6: 2 RNA-Komponente

1. Bildung von Komplex A

   • U1 bindet an 5’-Spleißstelle, eigene RNA-Nukleotide sind komplementär zu Nukleotiden der Intron-Exon-Grenzen

   • U2 bindet ebenfalls an Bereich der Verzweigungsstelle, lässt aber das Adenosin aus

   • Adenosin ist dadurch exponiert und reaktionsfreudig

   • SF1 und U2AF benötigt

1. Übergang zu Komplex B

   • U5 und U4/U6 binden

2. Übergang zu Komplex B*

   • U1 und U4 fallen ab

   • Aktiviertes Spleißosom Komplex B*

3. Übergang zu Komplex C

   • 1. Transesterreaktion, Verzweigung

4. 2. Transesterreaktion

   • Freisetzung des Lariats und Verknüpfung der beiden Exons

Präzise!

• Spliceosome assembly (Zusammenbau)

• Splicing catalysis (Reaktion)

• snRNP recycling

Selbstspleißen / autokatalytisches Spleißen

• RNA-Moleküle mit definierten Sekundärstruktur-Faltungen

• bei Ciliaten entdeckt

  • richtige Salzkonzentration

  • Guanosin als Cofaktor

• mRNA mit selbstkatalytischer Funktion

• in Organellen

• Gruppe 1 und Gruppe 2 Introns

2 Transester-reaktionen

• mRNA bildet Tasche

• freies Guanosin (Guanin + Ribose) bindet an RNA in Tasche

• exponiertes 3’-OH des Guanosin greift an RNA an

• Angriff öffnet mRNA:

  • Guanosin am Ende des einen Teils

  • neues 3’OH an anderen Teil

• neues 3’-OH greift an 3’-Spleißstelle an

• Verknüpfung der Exons

• lineares Intron, Sekundärstruktur mit anschließendem Ringschluss möglich

Introns bilden nach Spleißen einen Ring

• nicht mit freiem Guanosin

• Adenosinrest fungiert wie bei Spleißosomen und bildet Lariat

• Exon-Spleiß-Enhancer (ESE)

  • 5-6 purinreiche Basen in Exons

  • Bindung von Spleißfaktoren oder Spleißregulatoren

• Exon-Spleiß-Silencer (ESS)

  • in Exons und Introns

  • Unterdrücken Spleißen

Spinale Muskeldystrophie

• konstitutives Spleißen

  • fast Ausnahme

  • aus einer prä-mRNA entsteht nur eine mRNA

• alternatives Spleißen

  • häufiger

  • die Exons einer prä-mRNA werden zu verschiedenen reifen mRNAs verknüpft

• erhöht Kodierungsmöglichkeit eines Gens

• 1 Gen besitzt Info zur Kodierung mehrerer, wenn auch verwandter Proteine

• Häufigkeit nimmt mit der Komplexität eines Organismus zu

• 2/3 aller gespleißten Gene beim Mensch

• Beispiel: Hauptmyelinprotein

  • nur 1 Gen für Hauptmyelinprotein mit 7 Exons im Säugetiergenom

  • im Gehirn mindestens 4 unterschiedliche Isoformen (ähnliche Formen) des Proteins

  • Erklärung: alternatives Spleißen

• Auswahl unterschiedlicher 3’-Spleißstellen

• Überspringen eines Exons

• Einfügen oder Überspringen von ein oder zwei Exons

• Haupt-Myelinprotein (MBP)

  • 7 Exons

  • mindestens 4 unterschiedliche Produkte

• Troponin T

  • 18 Exons

  • über 60 verschiedene Proteine

• Hormon Calcitonin

  • Spleißprozess von Zelltyp abh.

  • Nebenschilddrüse: Calcitonin

  • Nervenzellen: Neuropeptid CGRP

Vom Zelltyp

• je nach Zelltyp andere Spleißstellen ausgewählt

• Reguliert durch spezielle, zelltypspezifisch exprimierte SR-PROTEINE (splicing regulating)

• dsx (double sex) Gen

• wenn nur 1 X-Chromosom: männlich

  • dsx-prä-mRNA anders gespleißt

• wenn 2 X-Chromosome: weiblich

  • tra transformer anwesend

  • anders gespleißt

Prozess, bei welchem Transkription und Prozession gleichzeitig stattfinden bzw. ineinander integriert sind

Cis-Spleißen

• Entfernen von Introns innerhalb einer prä-mRNA

Trans-Spleißen

• Exons von zwei unterschiedlichen Transkripten werden verbunden

  • zwei prä-mRNAs desselben Gens

  • duplizierte Exons

  • zwei prä-mRNAs verschieder Gene

Trypanosomen, Erreger der Schlafkrankheit

= Veränderung der Nukleotid-Sequenz einer RNA nach der Transkription

• Nukleotidsequenz von DNA und fertigem Transkript nicht mehr gleich

• Insertion/deletion editing

• Substitution editing

• Kann Mutationen ausgleichen

• Beispiel: Edition der Apolipoporitein-B-mRNA

  • Protein in Hepatocyten: 4536 AS

  • in Dünndarmzellen: 2153 AS (verkürzt)

    • Editing hat zu frühem Stopp-Codon geführt

• Desaminierung kann aus Cytidin (Cytosin an Ribose) Uridin machen

  • kann spontan stattfinden oder mit Hilfsprotein

  • häufige Ursache für RNA-Editing

  • C zu U

Bei den Eukaryoten haben wir Mosaikgene, die aus Introns und Exons bestehen, vorliegen

Es gibt vier wichtige funktionelle Spleißstellen:

1. 5’-Spleißstelle

2. 3’-Spleißstelle

3. ein Adenosin als Verzweigungsstelle

4. eine Abfolge von Pyrimidinen

Neben dem konstitutiven Spleißen gibt es das alternative Spleißen