RNA Quality control in Eucaryotes Flashcards
Vorlesung 12
Auf welchen Wegen entstehen nonsense-mRNAs?
Mutation des Genoms (ca. 30% aller krankheitsauslösenden Mutationen erzeugen ein PTC)
Alternatives Splicing (45% aller alternativ gespliceten pre-mRNAs haben vorraussichtlich mindestens ein Spliceschema mit PTC)
Nonproductive V(D)J rearrangements of immunoglobulin superfamily
(Ig/TCR) during lymphocyte maturation
-Due to imprecise segment joining, 2/3 of rearrangements will shift the
reading frame and hence produce a PTC
nenne vier Krankheiten, die durch nonsense Mutationen ausgelöst werden
Duchenne/Becker Muskeldystrophie
cystische Fibrose
Hemophilie a und b
methylmalonische Acidemia
Was ist der Zweck von Nonsense mediated Decay (NMD)
*NMD largely functions to down-regulate the level of abnormal transcripts that are a consequence of routine abnormalities in gene expression, such as nonproductive alternative splicing.
*This is because the resulting protein could function in dominant-negative fashion or in other ways that are deleterious to cells.
*As such, NMD can be viewed as a type of “mRNA quality control” or
“mRNA surveillance” mechanism.
Betrift NMD nur fehlerhafte mRNA?
Weswegen?
Nein
dient als Expressionsregulation.
Betrifft 5-15% aller mRNA in Hefe, drosophila oder Mensch
homöostatische Feedbackregulation
Was genau erkennt NMD?
PTC in allen Exons bis auf das letzte Exon und die letzten ~55nt des vorletzten Exons
Nenne vier Einflüsse auf NMD, sowie deren genauen Einfluss
Medikamentenbedingte Translationsinhibition (NMD aufhebung)
Starke Sekundärstrukturen in 5’UTR (NMD Blockade)
Suppressor tRNA (partielle Umkehr)
Mutation in Kozak-Sequenz (nicht genauer definiert)
Welche drei mögliche Modelle gibt es, mit welchen ein PTC erkannt wird?
Upstream Marker model
Downstream Marker model
Faux-3’ UTR model
Beschreibe die Erkennung von PTCs in Hefe
Downstream Marker model:
Downstream element binding protein gebunden an mRNA. in normaler RNA entfernt bei erster Translation (pioneer round)
Bei PTC: DBP bleibt an RNA durch Stop von Ribosom an PTC. Interaktion von DBP mit kern-NMD faktoren initiiert Abbau
Welche Proteine binden bei Menschen an mRNA und sind verantwortlich für NMD?
Wo binden diese?
Exonic Junction Complexes
ca. 20-24 nt vor Verbindungsstelle zweier Exonen
Beschreibe den mRNA Abbau durch NMD nach Erkennung des Stopcodons
Ribosom stoppt, Phosphorilierung von UPF1 durch SMG1
P-UPF1 interagiert mit SMG6 -> endonukleolytische mRNA Spaltung
P-UPF1 interagiert (gleichzeitig mit SMG6) mit SMG 5 und 7 -> rekrutierung von deadenylierungs- und decappingmechanismen
Folge: Decapping und exonukleolytischer 5’-3’-Abbau durch XRN1; deadenylierung und 3’-5’ Abbau durch deadenylase und Exosom
Beschreibe das faux 3’UTR-Model
- proximity between the normal stop codon and PABPC1 bound to the poly(A) tail, favours termination and translation re-initiation over induction of mRNA decay
- at a PTC, the stop codon is not in the appropriate position relative to poly(A) tail
- The long 3‘-UTR following the PTC is not bringing PABPC1 to the proximity of release factors bound at the termination codon.
- ribosomes that terminate prematurely are released less efficiently favouring the assembly of NMD complex proteins, leading to degradation of the mRNA
Was ist die Bedingung für Erkennung des PTC durch EJC und warum?
PTC in höchstens 50 nt zu letzter Exon Junction.
Grund: EJC 20-24 nt upstream of Junction. Erkennung bei zu geringer Distanz nicht möglich
Bei Exon Junctions vor letzter Junction: weitere EJC downstream
Nenne fünf weitere Ziele für NMD
- Transkripte nicht funktionaler Pseudogene
- Transkripte von Transposons oder LTRs
- Transkripte mit Upstream Open Reading Frame in 5’UTR
- Transkripte, die aus Kernretention ausgebrochen sind
- mRNA mit UGA-triplet (Selenocystein oder Stopcodon), abhängig von intrazellulärem Se-Level
Nenne zwei weitere Funktionen von NMD
Reduktion von genomic noise
Regulation von Expression
Nenne sieben Prozesse, in welchen NMD die Expression physiologischer mRNA reguliert
Stressantwort
Haemopoetische Stammzellentwicklung
Regulation alternativer Spliceformen
Genomstabilität
Zellzyklusfortschritt
Telomerlängenwahrung
embryonische Entwicklung
Nenne drei Prozesse, in welchen NMD unterdrückt wird
Integrated Stress Response (ISR)
-Expression von NMD target proteinen nötig für Stressantwort
Abfangen von Reactive Oxigen Species
-Stabilisierung von SLC7A11 mRNA (NMD target) -> Expression von SLC7A11 -> Cysteinimport für Gluthationsynthese zum Abfangen
von ROS
Unfolded Protein Response
-reguliert durch NMD
Welchen Autoregulationsmechanismus hat NMD im Fall von Verlust eines Komplexproteins?
Normalfall: NMD Komplex gebildet aus Ribosom, EJC, UPF1, 2, 3A und 3B
UPF3A normalerweise Instabil ohne Bindung an UPF2 und schwach NMD aktiv
Fall: Verlust von UPF 3B oder 3X: Mehr Bindung von UPF3A; starker Anstieg in UPF3A Konzentration -> partiale aber schwache Rettung von NMD
UPF3B mutations can cause intellectual disability, autism or schizophrenia in humans
Wie viele Erbkrankheiten werden durch PTC verursachende Mutationen ausgelöst?
ca. 1/3
Wie kann NMD Erbkrankheiten beeinflussen?
Positiv: Eliminierung von C-Terminal verkürztem, dadurch dominant negativem Protein
Negativ: Eliminierung von verkürzten Proteinen, welche anderweiltig ihre Funktion noch teilweise ausführen hätten können.
Was sagt die Position des PTC über die Erkrankung aus?
erste zwei Exons minus 55 nt in 3’ exon 2: relativ häufiges Vorkommen, Heterozygoten nicht betroffen, rezessive Vererbung
Letztes Exon: Selten, Heterozygoten betroffen, dominante Vererbung
Nenne zwei Beispiele für Erkrankungen, in welchen NMD eine positive Auswirkung hat
β−Thalassemie
Marfan-Syndrom
Nenne zwei Beispiele für Erkrankungen, in welchen NMD eine negative Auswirkung hat
Zystische Fibrose
Duchenne Muskeldystrophie
Nenne fünf Therapieansätze zur Inaktivierung von NMD, z.B. bei Duchenne
*Aminoglycoside
*PTC124
*Suppressor tRNA
*Antisense oligonucleotide
*Inhibitors of NMD
Wie wirken Aminoglykoside?
Bindung an 16S rRNA, Konformationsänderung von Ribosom. Erlaubt read through an PTC
