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Molekularbiologie > mRNA Biogenese und Krankheiten > Flashcards

mRNA Biogenese und Krankheiten Flashcards

1
Q

Prozessierungsschritte der mRNA

A
  1. RNA pol II (zelluläres Enzym) stellt via Transkription das primäre Transkript her
  2. cap Modifizierung am 5’ Ende
  3. pre-mRNA splicing
  4. 3’ end processing
  5. Hinzufügen von Poly(A) Schwanz am 3’ Ende
  6. mRNP Verpackung => mRNA als Molekül, assoziiert mit Protein
  7. mature mRNP via mRNA Export aus Pore und ist jetzt Translationskompetent
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2
Q

pre-mRNA spleißen in mRNA Biogenese (Besonderheit der Eukaryonten)

A
  1. Transkription der DNA durch RNA Pol II -> Introns müssen entfernt werden
  2. fertiges Transkript -> Splicosom: Introns werden ausgeloopt
  3. Exons werden komplett nahtlos aneinander verestert
  4. geht vom Nukleus ins Cytoplasma
  5. Ribosomen translatieren
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3
Q

Warum sind eukaryotische Gene unterbrochen?

A
  1. größere genetische Variabilität
    a) alternatives Spleißen -> versch. Proteine aus einem Gen
    b) Austausch des Exons -> neue Gene
    c) post-transkriptionale Regulation der Genexpression
  2. erhöhte Stabilität der Transkripte: kurze Exons eher intakt bei rekombinanten Events
  3. Exons codieren häufig für funktionale Domänen
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4
Q

Wie funktioniert spleißen?

A
  • primäres Transkript hat 7-8 Introns und 8-9 Exons
  • GU und AG Dinukleotide an exon-intron und intron-exon Verbindung und A Nukleotid an branch site sind universell konserviert
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5
Q

Katalytische Schritte des Spleißens

A
  1. A-residue am branch Point führt nukleophilen Angriff auf 5’ splice site aus
  2. splicing intermediates: exon-1 und lariat-exon 2
  3. exon 1 greift 3’ splice site an, um spliced exon und lariat intron herzustellen
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6
Q

Muster des alternativen Spleißens anhand des Bsp eines 12-exon Gens

A
  1. alternative Promotoren
  2. konstitutive Exons
  3. retained intron
  4. cassette und mutual exclusion exons
  5. alternative 5’ und 3’ splice sites
  6. alternative 3’ exons mit Polyadenylierungssite
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7
Q

Regulation des Spleißens -> konservierte RNA sequence Elemente

A
  1. branch point
  2. 5’ splice site
  3. 3’ splice site
  4. splice site des alternativen splice cassette exons

-> wichtig: exonic und intronic splicing enhancer (ESE,ISE) sowie sielencer (ESS,ISS) Elemente - beide durch Proteine gebunden

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8
Q

Mutationen im Spleißen können wo auftreten?

A
  1. splice site signals (gu,ag) [exon-intron junctions]
  2. exonic splicing enhancers (ESE) -> erhöht spleißen
  3. exonic splicing silencers (ESS) -> inhibiert spleißen
  4. intronic splicing enhancers (ISE)
  5. intronic splicing silencers (ISS)
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9
Q

Proteine, die ESE/ESS/ISE/ISS binden

A

ESS und ISS von hnRNP Proteinen gebunden.
ESE und ISE von SR Proteinklassen gebunden.

hnRNP und SR sind antagonistische Faktoren

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10
Q

Krankheitsauslösend beim spleißen sind…

A
  1. Unterbrechung von cis-acting sequence elements
    Effekte in cis: Einfluss auf Expression auf demselben Gen
  2. trans-acting Faktoren betreffend (zB SR Proteine)
    Effekte in trans: Potential viele Gene zu betreffen
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11
Q

Mutationen

A
  1. gain-of-function mutation: beta-thalassemia und spinal muscular atrophy (SMA)
  2. lost-of-splicing-function mutation: exon 3 skipping
  3. PRPF Protein: Auswirkung auf Photorezeptoren
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12
Q

Spinal muscular atrophy und Therapiemöglichkeit

A
  • C zu T Mutation in smn2 führt zu exon 7 skipping (nur full length smn2 ist aktiv)
  • smn1 gen nicht vorhanden -> empfänglich für smn2 Mutationen => kodieren beide ORF -> cis acting
  • Schwäche wg weniger Motorneuronen des Rückgrats und brainstems -> Muskeln können nicht funktionieren
  • Muskeln am Zentrum betroffener als distale Muskeln

-RNA basierte Therapiemöglichkeit: CRISPR cas und Oligonukleotide

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13
Q

Funktion smn Protein (SMA)

A

smn Protein wichtig für Assimilierung des sm Kerns mit snRNP Biogenese

  1. smn protein stellt core Produkte des splicosoms mit her
  2. sm Kern Assemblierung ist durch smn Komplex directed
  3. Komplex ist ATP-abhängiges Assemblyosome erkennt 5’ und 3’ splice site
  4. biogenese von snRNPs hoch komplex
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14
Q

Duchenne Muskeldystrophy

A
  • T/A Substitution in exon 31 von dystrophin -> premature Stop Codon und ESS -> cis acting (exon31 skipping)
  • mild Duchenne = BMD (partiell funktionelles Protein)
    => cis acting
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15
Q

Frontotemporale Demenz (FTDP-17)

A
  • Mutation im Exon 10 des MAPT Gen codiert Tau Protein -> Stärke der Funktionalität wird angehoben
  • neuropathologische Krankheit
  • Bsp: N279K Mutation: mehr ESE Funktion und mehr 4R-tan Protein Variante
    => cis acting
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16
Q

Cystic fibrosis

A
  • Mutation im intronischen Bereich beeinflusst Schwere der cystischen Fibrose
  • polymorphe (UG)m(U)n in 3’ splice site im CFTR gene exon 9 (skipping exon 9)
  • Modifikation auch im nicht-kodierenden Bereich Auswirkungen
    => cis acting
17
Q

Folgen der Unterbrechung der decoding machinery

A
  • Retinitis pigmentosa -> Erblindung
  • tri-snRNP assembly Komplex des Spliceosoms
  • normales Spliceosom: U5 mit PRPF8 bindet an PRPF31 an U4/U6 mit PFPR3 und PAP1 -> Photorezeptoren
  • defektes Spliceosom: U5 mit PRPF8 kann wg Mutation von PRPF31 nicht an U4/U6 binden -> keine Photorezeptoren
18
Q

RNA recognition motifs für 3’ end processing (räuml. Abfolge 5’ zu 3’)

A
  1. USE = upstream sequence element
  2. AAUAAA = poly(A)signal
  3. CA = cleavage site
  4. DSE = downstream sequence element
19
Q

3’ end processing mRNA Mechanismus

A
  1. Assemblierung des Multiprotein Komplexes an specific RNA recognition motifs
  2. cleavage at cleavage site by CPSF73 -> freies 3’OH Ende
  3. Formierung poly(A) Schwanz von PAP bound by PABP
20
Q

Protein Komplexe, die an 3’ end processing beteiligt sind

A
  • CPSF (cleavage/polyA specificity factor)
  • CstF (cleavage stimulating factor)
  • CFI (Cleavage Factor I)
  • CFII
  • PAP (polyApolymerase)
21
Q

Was kann schiefgehen beim 3’end processing?

Mutationen in Sequenz Elementen

A
  1. lost-of-function (AAUAAA) -> alpha/beta thalassemias, IPEX, Fabry
  2. gain-of-function (CA) -> thrombophilia prothrombin/fibrinogen
  3. Mutation des USE
  4. alternative polyA Signal Erkennung
22
Q

Was kann schiefgehen beim 3’end processing?

Rolle der trans-acting Faktoren

A
  • PAP: starke Rolle bei Krebs
  • PAP (lost-of-function): cell arrest in G0/G1 phase
  • PAP (gain-of-function): confers high proliferative activity -> over expression in human carcinomas
23
Q

Klassifizierung von alternativen Polyadenylierungen

A
  • Type I: nur ein polyA Signal in 3’UTR -> eine mRNA
  • Type II: mehrere Varianten derselben mRNA
  • Type III i: alternative polyA site @upstream introns
  • Type III e: alternative polyA site @upstream exons (sehr selten)
24
Q

mRNP package und mature mRNP

A

Decodierung der mRNA mit Proteinen/ Proteinkomplexen an cap, PolyA, Exon/Exon junction

25
Q

RNA Transport

A
  • direktionaler aktiver Prozess: Richtung: Nukleus zu Cytoplasma
  • durch nuclear pores
  • Transportfaktoren für versch. RNA Moleküle: hauptsächlich Crm1 als Transportrezeptor aber auch Exp-t für t-RNA und Exp-5 für Prä/mi RNA
26
Q

Gründe für Defekte im mRNA Transport

A
  1. Mutation in pre-mRNA Sequenzen
    - > kein Export von mutierten Transkript
  2. Mutation in export/processing factors
    - > weniger Aktivität
27
Q

microsatellite expansions in RNA

A

kann zu nuclear Retention und disease führen

  • kleine Seq Einheiten häufiger wiederholt als normal
  • in transcribed regionen mit RNA gain-of-function
  • sowohl Exon, Intron als auch UTR
  • Bsp: Huntington Disease, POI, SCA
28
Q

Mechanismen durch die microsatellite Expansion zu Krankheiten führt

A
  1. Loss-of protein function, wenn Mutation im Exon
  2. Gain-of aberrant protein function due to expansion of triplet repeats within open reading frame / in exonischen Bereich
  3. Gain-of function of RNA containing expansion v.a. 3’UTR
29
Q

Therapeutische Ansätze, die Target RNAs nutzen

A
  • antisense oligonucleotides: komplementär zu exon 7 und konjugiert zu splicing enhancing effectors
  • snRNAs als vehicles für Antisense RNA
  • RNA interference (RNAi) greift microsatellite form an

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