Trankription (VL6) Flashcards
Das zentrale Dogma der Molekularbiologie
Richtung des Informationsflusses
Das zentrale Dogma besagt:
DNA spezifiziert die Erzeugung der RNA, RNA wiederum die Erzeugung der Proteine. Umgekehrt kodieren Proteine aber keine RNA oder DNA
Was ist ein Promotor?
- Als Promotor wird eine Sequenz auf der DNA bezeichnet, die die regulierte Expression eines Gens ermöglicht
- Er liegt stromaufwärts des Gens am 5’-Ende des Nichtmatrizenstranges in Syntheserichtung vor dem RNA-codierenden Bereich
- Die wichtigste Eigenschaft eines Promotors ist die spezifische Wechselwirkung mit den Transkriptions-faktoren, welche den Start der Transkription des Gens durch die RNA-Polymerase vermitteln
Wie sehen Promotoren aus (Prok.- Euk.)?
Promotoren
in Prokaryoten:
- die Pribnow-Box (5’-TATAAT-3) an der Position -10 wird von einer der 4 UE des Sigma-Faktors erkannt
in Eukaryoten:
- CAAT-Box
- TATA-Box (5’-TATAAA-3’, meist 25 - 30 Basenpaare vor dem Startpunkt der Transkription)
- Upstream Elements (Promotor-proximale Elemente): Regulation der Genaktivität, Gewebespezifität
- Abstand weniger konserviert
- andere Box-Seq. als Prokaryoten
Welche Polymerasen transkribieren was?
Polymerasen
- in Bkt. wird die Genexpression über Sigmafaktoren reguliert, die zsm mit der RNA-Polymerase das Holo-Enzym bildet
- zb. Sigma 32= Hitzeschock Reaktion
eukaryotische RNA-Polymerasen
RNA-Pol I
- transkribiert rRNA-Gene (ribosomale RNA)
RNA-Pol II
- transkribiert Protein-kodierende Gene
RNA-Pol III
- transkribiert tRNA-Gene (transfer-RNA)
Transkriptionsinitiation: Faktoren und Ereignisse in Prokaryoten
Beteiligte Faktoren
- Die RNA-Polymerase (besteht aus 2 α-UE formen zsm mit je einer β- und einer β’ UE das Molekül)
- die Sigma-Faktoren können an dieses Core Enzym binden und formen so das Holo-Enzym
- Die Bindung an den Promotor führt zu einem »geschlossenen Komplex«, der durch lokales Aufschmelzen der DNA im Bereich des Transkriptions-starts in einen »offenen Komplex« umgewandelt wird und so die Transkription einleitet.
- nach der Synthese der ersten Basen erfolgt der Übergang in die Elongationsphase durch die Ablösung vom Promotor und das Entlassen der SigmaUE (erst ohne Sigma-Faktor wird ein stetiger Strang gebildet)
Transkriptionsinitiation: Faktoren und Ereignisse in Eukaryoten
beteiligte Faktoren
- RNA-Pol II ist für die Transkription von mRNA verantwortlich, kann aber nur mit Transkriptions-faktoren gemeinsam an die DNA binden
- wichtig ist der Bereich von ca. 200 bp oberhalb des Transkriptionsstarts, der Promotor, an ihm bindet der Komplex aus RNA-Polymerase II und TF
- das TATA-Box-bindendes-Protein (TBP), welches ein Untereinheit des TFIID ist, heftet sich an und erkennt die TATA Box (Promotor), was zu einer Konformationsänderung der DNA führt
- TFIID hat eine hufeisenförmige Struktur und wirkt als Klammer, um die doppelsträngige DNA zu binden
- Es erfolgt eine Anlagerung mehrerer TF, wie TFIIB und TFIIF an die Polymerase
- Dann bindet TFIIE und damit auch TFIIH, somit ist der Prä-Initiationskomplex vollständig
- TFIIH verfügt über enzymatische Aktivitäten wie zb. einer Kinase, die die C-terminale Domäne von Pol II phosphoryliert und unter ATP-Verbrauch die dsDNA öffnet
- die Phosphorylierung erfolgt vor allem an den Serin-Resten, die Phosphorylierung von Ser-5 führt zum Aufsetzen der 5’cap
- Enhancer befinden sich in großer Entfernung zum Promotor, können jedoch die Transkription durch eine Schlaufenbildung (Faltung) aktivieren
- meist funktionieren sie über Koregulation, welche mit TFs und der Polymerase interagieren
Die verschiedenen Schritte der Transkriptionsinitiation ermöglichen unterschiedliche Arten der
Transkriptionsregulation
Welche?
- On/off-Regulation: vor der Ausbildung des Präinitiationskomplexes (PIC)
- Schnelle Antwort: nach Ausbildung des PIC
- Massive, ultraschnelle Steigerung der Transkriptionsrate: Aktivierung nach proximaler Pausierung
Elongationsphase der Transkription
bei Eukaryoten
- Die Elongationsphase beginnt, wenn die Polymerase II ca. 10 Nukleotide synthetisiert hat und TFIIB von dem Initiationskomplex abdissoziiert
- Nun katalysiert die Polymerase II den wiederholten Einbau von Nukleotiden an das 3’ Ende des RNA-Transkripts
- die Verlängerung des Transkripts erfolgt nicht gleichförmig; zunächst werden 20 -60 Nukleotide transkribiert, dabei sind jeweils 10-20 Basen gleichzeitig exponiert, dann hält die Polymerase II wieder an
- Kontrollpunkt: Voraussetzung für die Fortsetzung ist:
1. der Schutz der neu gebildeten RNA vor dem Abbau durch Exonukleasen am 5’ Ende durch das Anheften der Kappe (methyliertes Guanosin)
2. die Anwesenheit des Elongationsfaktors P-TEFb, eine Kinase, die die C-terminale Domäne der Polymerase II und die negativen Elongationsfaktoren NELF und DSIF phosphoryliert
(Der Phosphorylierungsgrad der CTD verändert sich während der Transkription)
Transkriptionstermination in Prokaryoten
Termination ohne Terminationsfaktor (intrinisch)
- RNA-Transkript bildet Haarnadelstrukturen aus
- Die Sekundärstruktur und das oligo U am 3’-Ende des Transkripts bewirken Termination ohne Hilfsfaktoren
Faktor-abh. Termination
- Der Rho-Faktor bindet als ringförmiges Hexamer an die RNA
- Der N-Terminus enthält die RNA-Bindungsdomäne, und der C-Terminus ist mit der Fähigkeit zur ATP-Hydrolyse assoziiert.
- Nach der Bindung an die RNA induziert die ATP-Spaltung Konformationsänderungen, die das Transkript durch das Hexamer hindurchziehen (in 5’→3’-Richtung) und so die RNA vom Elongationskomplex ablösen
Transkriptionstermination in Eukaryoten
Termination in Eukaryoten
- Spezielle Faktoren binden naszierende RNA
- nach dem Stoppsignal, am 3’ Ende ist die mRNA polyadenyliert (Poly-A-Schwanz), was die mRNA vor vorzeitigem Abbau durch Exonukleasen schützt
- die Polyadenylierung erfolgt nach dem Spleißen und erfordert ein Polyadenylierungssignal (AAUAAA)
- Die korrekten Enden der mRNA werden durch eine Endonuklease erzeugt, die die mRNA in der Nähe des Polyadenylierungssignals im 3’-terminalen Bereich schneidet und damit die Polyadenylierung durch eine Poly-(A)-Polymerase (PAP) ermöglicht
- Eine 5‘-3‘ Exonuklease degradiert die RNA bis die Polymerase erreicht ist, die dann vom template dissoziiert
Verknüpfung von Transkription und RNA-Reifung in Eukaryoten über die CTD der RNA Pol II
Die CTD belädt die RNA mit RNA-Prozessierungsfaktoren und die DNA mit Chromatinmodulatoren
