Transkriptionsregulation Pro I

• verlagerung eines DNA-Transposons durch einen nicht replikativen Mechanismus. Transposons können in der Regel nicht-kodierende Sequenzen sein und haben verschiedene Auswirkungen auf die Genexpression und die Genomstabilität

• Exzision des Transposons aus seiner Startposition in der Wirts-DNA und die nachfolgende Integration des herausgeschnittenen Transposons an einer neuen DNA-Stelle -> Cut&Paste Mechanismus

• start erfolgt durch Transposase, diese bindet an terminal inverted repeats (TIR) an den Enden der Transposons

• Transposase zieht nun beide TIRs zusammen, erzeugt eine Schlaufe/Krümmung -> synaptomaler Komplex=Transposom

• komplex enthält ein Multimer der Transposase (Meist 2 oder 4 UE) und zwei DNA-Enden

• Bildung des komplexes stellt sicher, dass Spannungen und Wiederverknüpfungen der DNA, welchr für Transposition erforderlich sind, simultan an beiden Enden der Transposons stattfinden

• Kompplex schützt DNA-Enden auch vor Abbau durch andere zeluläre Enzyme

  Ablauf:

  1. Transposase bindet an TIR, Exzision der Transposon DNA aus ihrer ursprünglichen Position im Genom

  2. Transposase schneidet zwichen TIRs und flankierender Wirts-DNA (blunt ends)

  3. freie OH-Gruppe an den 3`Enden attackieren die Phosphordiesterbrücken an der neuen Position in Ziel-DNA (meistens beliebige Sequenz) -> ss Bruch an der Ziel-DNA-> strangtransfer

  4. Transposon DNA wird kovalent mit der Zielsequenz-DNA verknüpft

  5. Reparatur DNA-Polymerase füllt auf

  6. Ligase schießt

  
  

Ein prokaryotischer Promotor ist eine spezifische DNA-Sequenz, die die Bindung der RNA-Polymerase und den Beginn der Transkription ermöglicht. Die Struktur eines typischen prokaryotischen Promotors umfasst zwei Hauptelemente:

1. -35 Region: Diese Region liegt etwa 35 Basenpaare “upstream” (also vor dem Startpunkt der Transkription) und hat in der Regel die Konsensussequenz 5’-TTGACA-3’12.

2. TATA-Box oder -10 Region: Diese Region liegt etwa 10 Basenpaare “upstream” und hat die Konsensussequenz 5’-TATAAT-3’. Sie wird auch als Pribnow-Box bezeichnet.

Die Konsensussequenz ist eine ideale oder durchschnittliche Sequenz, die aus der Analyse mehrerer Sequenzen abgeleitet wird. Promotoren, deren DNA-Sequenz der Konsensussequenz nahe kommt, binden die RNA-Polymerase besonders stark. Promotoren, deren DNA-Sequenz stärker von der Konsensussequenz abweicht, binden die RNA-Polymerase nicht so stark.

Die TATA-Box ist eine klassische Promotorsequenz in Eukaryoten und Archaeen, aber in Bakterien gibt es eine vergleichbare Sequenz, die Pribnow-Box genannt wird. Die TATA-Box befindet sich in eukaryotischen Zellen oder Viren in der Promotorregion, etwa 25 Nukleotide vor (“upstream”) dem Transkriptionsstartpunkt. Die TATA-Box ist für die Initiation der Transkription mitverantwortlich, da sie das Binden der RNA-Polymerase II an die DNA ermöglicht.

Sigma-Faktoren sind Proteine, die für die Initiation der Transkription in Bakterien benötigt werden. Sie sind transienter Faktor der RNA-Polymerase und sind für die Erkennung und Bindung des Promotors verantwortlich1.

Sigma-Faktoren weisen eine hohe Affinität zur Pribnow-Box und der -35-Sequenz des Promotors auf. Dadurch erhöhen sie die Bindewahrscheinlichkeit des Polymerase-Holoenzyms an die Startstelle des offenen Leserahmens der DNA. Auch ohne Sigma-Faktor kann die RNA-Polymerase an die DNA binden, doch es kommt nicht zur Transkription.

Wenn das Polymerase-Holoenzym den offenen Komplex bildet und die Transkription beginnt, wird der Sigma-Faktor abgespalten. Dieser Prozess führt zur Bildung eines geschlossenen Promotorkomplexes, in dem die DNA-Doppelhelix noch intakt ist. Der geschlossene Komplex wird dann in einen offenen Komplex umgewandelt, in dem die DNA-Doppelhelix aufgetrennt wird, sodass die RNA-Polymerase mit der Synthese der RNA beginnen kann.

1. Sigma-Faktor erkennt -10 und -35 Region -> bindet

   Sigma-Faktor (σ-Faktor): Dieses Protein ist für die Initiation der Transkription in Bakterien notwendig. Es bindet an die RNA-Polymerase und ermöglicht die spezifische Erkennung und Bindung des Promotors. Sobald die RNA-Polymerase bindet und mit der Transkription beginnt, kann sich der Sigma-Faktor wieder ablösen.

2. alpha-Untereinheit erkennt UP-Element

   Alpha-Untereinheit (α): Es gibt zwei Alpha-Untereinheiten in der RNA-Polymerase. Sie sind an der Zusammenlagerung des Enzyms beteiligt und bieten eine Bindungsstelle für regulatorische Proteine.

3. ß+ß`Unterinheiten

   Beta-Untereinheit (β) und Beta-Strich-Untereinheit (β’): Diese beiden Untereinheiten bilden zusammen das aktive Zentrum der RNA-Polymerase, wo die tatsächliche Transkription stattfindet.

   Zusammen bilden diese Untereinheiten das Holoenzym der RNA-Polymerase, das für die Transkription notwendig ist.

Beispiele für Sigma-Faktoren in Escherichia coli2:

1. σ70 (RpoD): Dies ist der “Haushalts-” oder “Haupt-” Sigma-Faktor, der die Transkription jener Gene einleitet, deren Genprodukte unter gewöhnlichen Umweltbedingungen benötigt werden.

2. σ32 (RpoH): Dieser Sigma-Faktor wird bei Hitzestress exprimiert und ermöglicht die Transkription von Hitzeschockproteinen.

3. σ54 (RpoN): Dieser Sigma-Faktor wird bei Stickstoffmangel exprimiert und aktiviert unter anderem die Expression der Glutaminsynthetase, die das Schlüsselenzym für die Stickstoff-Assimilierung darstellt.

4. σ28 (RpoF): Dieser Sigma-Faktor ist für die Flagellenexpression verantwortlich.

5. σ38 (RpoS): Dieser Sigma-Faktor ist für die allgemeine Stressantwort zuständig.

6. σ19 (FecI): Dieser Sigma-Faktor ist für den Eisentransport zuständig.

7. σ24 (RpoE): Dieser Sigma-Faktor wird bei Zellhüllstress exprimiert.

Die Nummerierung der einzelnen Sigma-Faktoren bezieht sich auf deren Molekulargewicht in Kilodalton.