Riboswitches and Attenuation

Question 1

Was sind Ribozyme?

Answer 1

RNA-Moleküle, die katalytisch aktiv sind

Question 2

Was sind Riboswitches?

Answer 2

RNA-Moleküle (oft Abschnitt auf einer mRNA, NICHT codierend), die Repressiven und Aktivatoren ähneln, indem sie Metaboliten (low molecular weight ligand) binden und die Expression der dazugehörigen Gene regulieren

Question 3

Was ist der Mechanismus von Riboswitches?

Answer 3

• Metabolit (AS oder Vitamin) bindet an Riboswitch (am 5’Ende)
• die darauf folgende RBS wird frei oder gebunden wodurch Translation reguliert wird (erfolgt durch Konformationsänderung)

Question 4

Gibt es bei Riboswitches ein regulatorisches Protein?

Answer 4

Nein

Question 5

Führen Riboswitches bei der Transkription oder bei der Translation die Kontrolle aus?

Answer 5

meist kontrollieren sie die Translation! Selten auch die Transkription ähnlich wie bei der Attenuation

Question 6

Wo liegt der “Schalter”(Faltungsdomäne oder Erkennungsdomäne) des Switches auf der mRNA?

Answer 6

stromaufwärts ihrer codierenden Sequenz&raquo_space; bilden eine spezielle 3D Struktur wo die Metaboliten binden können

Question 7

Sind es kovalente Bindungen zwischen Metabolit und Riboswitch?

Answer 7

NEIN, Interaktionen so wie bei Proteinen, anders ist es bei sRNAs

Question 8

Was sind die Vorteile von Riboswitchen?

Answer 8

• high affinity and specificity
• no further cofactors needed
• modular

Question 9

Was sind die natürlichen Funktionen von Riboswitchen?

Answer 9

• feedback inhibition (biosynthesis products)
• activation of stress responses (stress signal)
• control of metabolic efficiency (cofactor
  and substrate availability)
• lifestyle transition (secondary messengers)
• self defense (antibiotics)

Question 10

Was sind Anwendungsbereiche von Riboswitchen?

Answer 10

• riboswitch-aided prediction of gene functions
• target for antibiotics
• synthetic riboswitches
• controlled gene expression

Question 11

Was sind Untergruppen der Riboswitch-Liganden

Answer 11

• Co-Faktoren
• Nucleobasen/derivate
• AS
• Zucker
• Metall-Ionen
• Anionen (nur F- bekannt)
• Antibiotika

Question 12

Wie funktioniert der Riboswitch OFF-Switch

Answer 12

Presence of the ligand shut down gene expression
- Transcriptional OFF-switch e.g. FMN riboswitch
B. subtilis ribGBAHT operon
&raquo_space; FMN binding stabilizes a more tight aptamer conformation and allows formation of a transcription terminator

-Translational OFF-switch
e.g. type III SAM riboswitch metK in lactic acid bacteria
&raquo_space; binding of SAM stabilizes a small stem loop that sequesters the RBS thereby inhibiting translation of the encoded SAM synthetase

Question 13

Wie funktioniert der Riboswitch - ON Switch?

Answer 13

Presence of the ligand activates gene expression
-Transcriptional ON-switch e.g. glycine riboswitch
B. subtilis gcvTPaPb operon
&raquo_space; Glycine stabilizes anti-terminator structure and allows transcription of genes coding for enzymes involved in utilization of glycine as energy source

• Translational ON-switch
  e.g. aminoglycocide dependent riboswitch
  many pathogenic bacteria
  &raquo_space; controls expression of resistance genes coding for aminoglycoside acetyl transferase (AAC) or aminoglycoside adenyl transferase (AAD)
  &raquo_space; Binding of the antibiotic triggers expression of the resistance gene
  &raquo_space; Modified inactive antibiotic also triggers translation 26

Question 14

Wie detectet man Riboswitches
a. in vivo
b. in vitro

Answer 14

a. durch Reporter gene fusion
b. durch Chamber dialysis oder In-line probing

Question 15

Was hat es mit dem RNA thermometer auf sich?

Answer 15

• Temperatur abhängiger Riboswitch&raquo_space; keine Ligandbindung dafür Erkennung durch zB Mismatches, Weak stems
• kommt in Heat-Shock; Cold-Shock und Regulation von virulenter Genexpression

Question 16

Was ist Attenuation?

Answer 16

Eine Form der Transkriptionskontrolle in Bakterien (und wohl auch Archaea), die zur vorzeitigen Termiantion der RNA-Synthese führt.
Attenuation findet NACH der Transkription statt aber VOR dem Abschluss
Anzahl initiierte Transkripte > Anzahl vollständige eines Operons

Question 17

Was ist das Grundprinzip der Attenuation?

Answer 17

der erste sich bildende Teil der mRNA = Leaderregion faltet sich in 2 alternative Sekunddärstrukturen.
Eine für kontinuierliche Synthese
Andere für vorzeitige Termination

Question 18

Gibt es bei Eukaryoten Attenuation?

Answer 18

Nein, weil die Transkription und die Translation räumlich getrennt sind

Question 19

Wie läuft die Attenuation im Tryptophan-Operon ab?

Answer 19

Fall: Trypotphan in GROßEN Mengen
- es besteht ausreichend Vorrat von beladenen Tryptophan-tRNAs
» Leaderpeptid wird synthetisiert
» Leaderpeptid führt zur Termination der Transkription des Rests des Operons, welches die für die biosynthetischen Enzyme codiert

Fall: Tryptophan in GERINGEN Mengen
- Leaderpeptid wird nicht synthetisiert (nur stockend da zu wenig Tryptophan)
» Transkription des Trp-Operons kann stattfinden

Question 20

Woraus besteht das Tryptophan Operon?

Answer 20

• Strukturgene für 5 Proteine des biosynthetischen Wegs für Tryptophan
• Promotor
• regulatorische Sequenz zu Beginn des Operons

Question 21

Was ist der Mechanismus der Attenuation beim Trp-Operon in E.coli?

Answer 21

Genug beladene Tryptophan-tRNAs:
- Ribosom translatiert normal das Leaderpeptid
- Eine Schleife zwischen 3-4 bildet sich&raquo_space; Transkription wird terminiert

Nicht genug Tryptophan-tRNAs:
- Ribosom kommt ins Stocken bei Translation vom Signalpeptid
» dauert länger&raquo_space; Schleife bildet sich bei 2-3 und nicht bei 3-4&raquo_space; KEINE Termination und Transkription wird fortgesetzt

Question 22

Was sind die Trigger für Attenuation beim trp Operon bei
a. E.coli und bei
b. B.subtilis?

Answer 22

a. Leader Peptid Synthese
b. Protein binding

Question 23

Wovon kann die Attenuation alles abhängig sein?

Answer 23

• Phosphorylierung
• tRNA
• Antisense RNA
• UTP (uridintriphosphat)