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Biochemie

RNA-Prozessierung: Modifikation der Enden, Spleißen, Editing

Steckbrief

Die in der Transkription synthetisierten verschiedenen Vorläufer-RNA-Formen wie Prä-rRNA, Prä-tRNA und Prä-mRNA (hnRNA) durchlaufen entweder bereits während des laufenden Transkriptionsprozesses (d.h. cotranskriptionell) oder nach Abschluss der Transkription (posttranskriptionell) spezifische Reifungs- oder Prozessierungsschritte.

Die Prozessierung der Prä-mRNA erfolgt im Zellkern und umfasst 3 Reaktionen, die die Prä-mRNA in eine reife mRNA überführen:

  • Beim Capping wird die Cap-Struktur, ein am N7-Atom methylierter Guanylrest, an das 5’-Ende der Prä-mRNA geheftet.

  • Während des Spleißens werden nicht codierende Sequenzen (Introns) aus der Prä-mRNA entfernt und codierende Sequenzen (Exons) mit sehr hoher Genauigkeit miteinander verknüpft. Die Reaktion findet am Spleißosom statt. Alternatives Spleißen erhöht die Vielfalt der synthetisierten Proteine.

  • Bei der Polyadenylierung wird eine Poly(A)-Sequenz aus 50–250 Adeninreste an das 3’-Ende der Prä-mRNA angeheftet.

Manche Vorläufer-mRNA-Moleküle unterliegen noch weiteren Veränderungen in Form des RNA-Editings. Dabei wird die Sequenz der Vorläufer-RNA-Formen oder auch der mRNA posttranskriptionell z.B. durch eine chemische Veränderung modifiziert. Dadurch können aus einem Transkript letztlich mehrere Proteinvarianten entstehen, sodass auch das RNA-Editing zu den Mechanismen gehört, die die Vielfalt der Proteine vergrößern.

Neben der Prä-mRNA werden auch Prä-rRNA und Prä-tRNA prozessiert und durch Spaltung des Vorläufermoleküls, Spleißen oder Veränderung bestimmter Basen in funktionelle RNA-Moleküle umgewandelt.

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Prozessierung der Prä-mRNA zur reifen mRNA

Das gesamte Gen, Exons und Introns, wird transkribiert, sodass ein langes primäres Transkript, die Prä-mRNA oder hnRNA, entsteht. Bereits während der Transkription und teilweise auch nach deren Abschluss finden Prozessierungsschritte statt: Veränderungen am 5′-Ende (Capping) und am 3′-Ende (Polyadenylierung) sowie das Herausschneiden der Intronsequenzen (Spleißen). Außerdem können in Prä-mRNA oder mRNA einzelne Nucleotide verändert werden (Editing; nicht dargestellt). Diese Reaktionen finden im Zellkern statt.

(Quelle: Nordheim, Knippers, Molekulare Genetik, Thieme, 2018)
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    Prozessierung der Prä-mRNA (hnRNA)

    Das Primärtranskript der proteincodierenden Gene, d.h., die Prä-mRNA durchläuft im Zellkern mehrere Reifungsschritte, bevor die aus der Prä-mRNA entstehende mRNA im Zytosol in ein Protein translatiert wird.

    Capping am 5'-Ende

    Bereits während der Transkription durch die RNA-Polymerase II, wenn das frühe Transkript etwa 30 Nucleotide lang ist, binden mehrere Enzyme an die carboxyterminale Domäne (CTD) der Polymerase. Sie modifizieren das 5'-Ende der Prä-mRNA, indem sie eine Cap-Struktur anbringen. Dabei handelt es sich um einen am N7-Atom methylierten Guanylrest, der in umgekehrter Orientierung über eine 5’,5’-Triphosphatbrücke an das erste transkribierte Nucleotid gebunden ist. Dieses erste oder auch die beiden ersten Nucleotide sind zudem häufig an der 2'-OH-Gruppe der Ribose methyliert.

    Cap-Struktur am 5’-Ende der Prä-mRNA

    Struktur der 7-Methylguanosinkappe am 5'-Ende der mRNA. N7-Methylguanosin ist über eine 5',5'-Triphosphatbrücke mit dem ersten Nucleotid verbunden. Dieses und das folgende Nucleotid sind häufig an der 2'-OH-Gruppe der Ribose methyliert.

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    Die Purinbasen Adenin, Guanin und Hypoxanthin

    Purinbasen bestehen aus einem Sechs- und einem Fünfring mit insgesamt 4 N-Atomen. Hypoxanthin ist eine wichtige Zwischenstufe beim Abbau der Purinbasen. Coffein ist ein Purinderivat.

    (Quelle: Endspurt Biochemie 3, Thieme, 2020)
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      zuletzt bearbeitet: 28.07.2023
      Fachlicher Beirat: Dr. rer. nat. Roland Netzker, 02.07.2022
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