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      • Transkription: Ablauf, Regulation und Hemmstoffe V
        1. Steckbrief
        2. Ablauf der Transkription
        3. Regulation der Transkription
        4. Hemmstoffe der Transkription
        5. IMPP-Fakten im Überblick
      • RNA-Prozessierung: Modifikation der Enden, Spleißen, Editing V
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Transkription: Ablauf, Regulation und Hemmstoffe

  •  IMPP-Relevanz
  • Lesezeit: 34 min
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Steckbrief

Die Prinzipien der prokaryotischen Transkription und der eukaryotischen Transkription und ihre einzelnen Phasen (Initiation, Elongation, Termination) sind zwar weitestgehend identisch, doch werden die Reaktionen bei Eukaryoten von einer sehr viel komplexeren Maschinerie durchgeführt und reguliert, als es bei Prokaryoten der Fall ist.

Im Verlauf der Initiation bindet das Schlüsselenzym der Transkription, eine RNA-Polymerase, an eine spezifische Nucleotidsequenz auf der DNA, den Promotor. Während sich der prokaryotische Promotor durch nur einige wenige typische Sequenzen auszeichnet, ist der eukaryotische Promotor wesentlich komplexer aufgebaut und enthält zahlreiche basale und regulatorische Elemente, die im Zusammenspiel mit Transkriptionsfaktoren und weiteren Proteinen insbesondere die Initiation der Transkription steuern. In der Elongation wird der codogene DNA-Strang in einen RNA-Strang transkribiert. Mit einer auf unterschiedliche Art und Weise kontrollierten Termination wird die Transkription beendet.

Die Gene eines Genoms werden nicht alle gleichzeitig und im selben Ausmaß exprimiert, sondern mit hoher Spezifität und sehr selektiv nur in bestimmten Geweben oder Zelltypen, in definierten Entwicklungsstadien, zu festgelegten Zeitpunkten, unter bestimmten physiologischen Bedingungen bzw. als Reaktion auf intra- und extrazelluläre Signale. Diese differenzielle Genexpression wird über verschiedene Mechanismen gesteuert.

Die Regulation der prokaryotischen Transkription erfolgt z.B. über:

  • verschiedene σ-Untereinheiten der RNA-Polymerase

  • Organisation von Genen in Operons (z.B. im Lac-Operon) und die selektive Synthese bzw. Aktivierung von Aktivatoren oder auch Repressoren

Die Regulation der eukaryotischen Transkription erfolgt z.B. über:

  • Chromatinstruktur und Zugänglichkeit der Gene für die Transkriptionsmaschinerie

  • regulatorische Transkiptionsfaktoren

Transkriptionsfaktoren sind aus unterschiedlichen Domänen aufgebaut und besitzen eine Vielzahl von Strukturmotiven, von denen einige bestimmte DNA-Sequenzen erkennen und an sie binden, andere dagegen der Wechselwirkung mit anderen Proteinen dienen.

Antibiotika und Zytostatika können die Transkription hemmen.

Image description
Struktur eines eukaryotischen proteincodierenden Gens

Die Abbildung zeigt charakteristische Sequenzen eines eukaryotisches Gens, die für die Transkription von Bedeutung sind. Der Promotor ist die Bindungsstelle für die RNA-Polymerase. Diese beginnt an der TSS (+1) mit der Synthese der Prä-mRNA. Neben dem Promotor besitzt ein Gen proximale oder auch distale regulatorische Elemente, von denen die distalen auch in einem Gen (nicht dargestellt) oder dahinter lokalisiert sein können. Das dargestellte Gen enthält 3 Exons und 2 Introns, wobei sich vor dem Startcodon in Exon I eine 5'-untranslatierte Region befindet und hinter dem Stoppcodon in Exon III eine 3'-untranslatierte Region, die beide später nicht in Protein übersetzt werden. Zudem gibt es den 3'-Sequenzbereich für die Termination der Transkription. Durch Prozessierung wird aus der unreifen Prä-mRNA die reife mRNA. TSS, Transkriptionsstartstelle; UTR, untranslatierte Region.

(Quelle: Nordheim, Knippers, Molekulare Genetik, Thieme, 2018)
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    Ablauf der Transkription

    Vor Beginn der RNA-Synthese bindet eine RNA-Polymerase zunächst an eine spezifische Nucleotidsequenz auf der DNA, die vor dem Genanfang liegt und das Enzym an der Transkriptionsstartstelle positioniert. Diese Erkennungs- und Bindungsstellen werden als Promotoren bezeichnet. Bevor die Phasen der Transkription besprochen werden, werden bei der Transkription der Pro- und Eukaryoten zunächst die grundlegenden Strukturen der jeweiligen Promotoren kurz beschrieben.

    Transkription bei Prokaryoten

    Struktur des prokaryotischen Promotors

    Die Promotoren prokaryotischer Gene sind gut bekannt und weisen einige Gemeinsamkeiten auf. Viele von ihnen besitzen 2 charakteristische Sequenzmotive, die als Grundelemente eines prokaryotischen Promotors gelten:

    • Die befindet sich in einem Bereich 10 Nucleotide stromaufwärts (in Richtung 5'-Ende) der Transkriptionsstartstelle (TSS; Position +1) und zeichnet sich durch die Konsensussequenz 5'-TATAAT-3' aus.

    Gen-Silencing durch miRNA

    Dieses informative Video zeigt noch einmal sehr anschaulich die Synthese und Wirkung der miRNA. (Katharina Petsche, YouTube, youtube.com/watch?v=t5jroSCBBwk)

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      Transkription: Ablauf, Regulation und Hemmstoffe

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      zuletzt bearbeitet: 13.02.2023
      Fachlicher Beirat: Dr. rer. nat. Roland Netzker, 29.06.2022
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