In diesem Video über die RNA-Prozessierung schauen wir uns an, auf welche Weise die Prä-mRNA, die nach der Transkription entsteht, modifiziert wird, ehe sie als reife mRNA den Zellkern verlässt und an den Ribosomen translatiert wird. Weil ihr euch zu diesem Zeitpunkt wahrscheinlich schon mit der Transkription beschäftigt habt, konntet ihr wahrscheinlich bis jetzt gerade gut folgen. Trotzdem noch mal ganz kurze Einordnung. DNA-Prozessierung stellt bei Eukaryoten, also Organismen mit Zellkern, einen wichtigen Teilschritt der Protein-Biosynthese dar, einem Prozess, bei dem Proteine hergestellt werden. Die Information für die Synthese eines Proteins liegt verschlüsselt in bestimmten Abschnitten der DNA, die man als Gene bezeichnet, vor.
Bei der Transkription, dem ersten Teilschritt der Protein-Biosynthese, wird die DNA-Sequenz des Gens in einzelsträngige PrämRNA transkribiert, beziehungsweise umgeschrieben. Es wird also eine Kopie mit den wichtigen Informationen für die Synthese des jeweiligen Proteins erstellt. Und bevor diese bei der Translation an den Ribosomen in die Aminosäure-Sequenz eines Proteins übersetzt wird, muss sie noch modifiziert werden. Nicht umsonst wird sie unmittelbar nach der Transription noch PrämRNA genannt, also eine Art Vorstufe der Reifen-mRNA.
Die Modifikation betrifft zum einen die beiden Enden der PrämRNA, sowie das Entfernen von Abschnitten in der PrämRNA-sogenannte Intrans. Schauen wir uns zunächst die Prozessierung der PrämRNA an den jeweiligen Enden an. Am Fünfstrichende wird während der Transkription eine G-CAP-Gruppe angehängt, ein Vorgang, den man auch als Capping bezeichnet.
Dabei handelt es sich um ein chemisch modifiziertes Guanosin-Triphosphat. Dies hat den Effekt, dass die Bindung der mRNA an das Ribosom bei der Translation unterstützt wird. Außerdem ist die mRNA dadurch vor einem Abbau durch Ribonukleasen geschützt. Am anderen Ende befindet sich hinter der kodierenden Region der PrämRNA am Dreistrichende eine sogenannte Polyadenylierungssequenz.
Diese Sequenz wirkt als Signal auf ein Enzym, das die PrämRNA abschneidet. Unmittelbar nach diesem Schritt hängt ein anderes Enzym ca. 100-300 Adenin-Nukleotide an das Dreistrichende der PrämRNA. Es werden also viele Adenin-Basen angehängt. Man spricht deshalb auch von einem Poly-A-Schwanz.
Poly steht dabei für viele. Dieser Prozess wird auch als Polyadenylierung bezeichnet. Man ist sich bis heute der Funktion der Polyadenylierung nicht sicher. Möglicherweise unterstützt der Poly-A-Schwanz den Export der mRNA aus dem Zellkern und ist für die Stabilität der mRNA mitverantwortlich. Neben der Prozessierung der Enden einer eukaryotischen PrämRNA werden Bereiche des transkribierten DNA-Gens entfernt die keine relevanten Informationen für die Synthese des Proteins enthalten.
Diese nicht-codierenden Bereiche werden auch Introns genannt. Neben diesen werden die für ein Protein codierenden Bereiche Exons genannt. Diese Bereiche müssen also erhalten bleiben. Das Entfernen der Introns und die anschließende Verknüpfung der Exons geschieht über den Prozess des Splicens.
Diesen Prozess kann man wie folgt zusammenfassen. Sobald der DNA-Matrizenstrang des Gens in PrämRNA transkribiert wurde, binden an jedes Ende mehrere kleine nukleäre Ribonukleoproteinpartikel, abgekürzt SNRNP. Diese RNA-Fragmente, die zusammen mit Proteinen im Zellkern Komplexe bilden, bezeichnet man auch als SNRNA. Die Bindung der SN-RNA an den beiden Enden der PrämRNA erfolgt an sogenannten Konsensussequenzen.
Die SNRNPs enthalten in ihrer SNRNA eine Basensequenz, die zur Konsensussequenz an der Grenze zwischen Intron und Exon der Splice-Stelle komplementär ist, sodass diese an die PrämRNA durch komplementäre Basenpaarung bindet. Durch Wechselwirkung zwischen den beiden SNRNPs und anderen Proteinen bildet sich ein Spliceosom. Dieser Komplex schneidet die PrämRNA zunächst zwischen dem 5-Strich-Exon und dem Intron.
Die nun freie 3-Strich-OH-Gruppe reagiert nun mit der 5-Strich-Phosphatgruppe des anderen Exons. Das 3-Strich-Exon wird ebenfalls vom Spliceosom geschnitten und die beiden Exons an ihren beiden Enden zusammengespleist bzw. verknüpft. Die nun reife mRNA, gekennzeichnet durch ein angeheftetes Guanosin am 5-Strich-Ende als sogenannte Kappe, den kodierenden Exon-Bereichen sowie ein Poly-A-Schwanz am 3-Strich-Ende wird für die Translation an den Ribosom aus dem Zellkern transportiert. Das gespleiste Intron wird währenddessen im Zellkern enzymatisch abgebaut.
Ihr müsst an dieser Stelle mal schauen, ob ihr diesen Prozess so detailliert wie eben beschrieben erklären müsst oder nicht. Ich habe es jetzt relativ ausführlich dargestellt, denke aber auch, dass es für euch besser ist, Informationen gegebenenfalls zu kürzen, anstatt dann zu wenige Informationen zu erhalten. Noch eine Anmerkung, die aus biologischer Sichtweise wirklich interessant ist und für euch persönlich vielleicht deshalb relevant ist, weil folgendes Beispiel auch schon mal ganz gut in Klausuren vorkommen kann. Es gibt eine genetisch bedingte Krankheit, die sich Beta-Talassemie nennt. und bei der Betroffene einen Defekt in der Produktion von einer der Hämoglobin-Unter-Einheiten haben.
Hämoglobin ist in unseren roten Blutkörperchen vorhanden und sorgt für die Sauerstoffbindung und damit natürlich auch dafür, dass unser Körper ausreichend mit Sauerstoff versorgt wird. Betroffene haben durch das defekte Hämoglobin eine schwere Anämie, also eine Blutarmut, weil sie mit nur wenigen roten Blutkörperchen ausgestattet sind. In einigen Fällen wird diese Krankheit hervorgerufen durch eine Mutation, also die Veränderung der DNA, an einer Intron-Konsensus-Sequenz im Beta-Globin-Gen.
Aufgabenstellung könnte in diesem Zusammenhang zum Beispiel heißen, dass man das Zustandekommen der defekten Hämoglobin-Untereinheit erläutern soll. Und vor dem Hintergrund eures Wissens über die RNA-Prozessierung wisst ihr nun, dass die SN-RNA einen Bereich aufweist, der komplementär zur Konsensus-Sequenz im Beta-Globin-Gen ist. Aufgrund der Mutation kann die SN-RNA ihre komplementäre Sequenz nicht erkennen, wodurch die Beta-Globin-Pre-mRNA nicht richtig gespliced werden kann und eine nicht funktionsfähige Beta-Globin-mRNA produziert wird. Die Untersuchung dieser genetisch bedingten Krankheit hat Erkenntnisse über die Funktionsweise von Splice-Apparat und von Konsensussequenzen der Introns geliefert.
In der biologischen Forschung passiert dies öfter. dass man Mutationen dazu nutzt, um kausale Zusammenhänge zu ermitteln. Ein weiteres Beispiel habt ihr im vorherigen Video über die Transkription bereits kennengelernt, wo wir festgestellt haben, dass sich die Haare von Menschen ostasiatischen Ursprungs, von denen europäischen und afrikanischen Ursprungs, aufgrund einer Mutation innerhalb eines Gens voneinander unterscheiden, das für die Ausbildung von Haaren mitverantwortlich ist.
Hier belegt die Mutation, dass ein Gen für ein Protein kodiert, Und dieses wiederum unser äußeres Erscheinungsbild, das heißt unseren Phänotypen, bestimmt. Ihr erkennt also, wie nützlich Mutationen in der biologischen Forschung sind und wie diese unterschiedliche biologische Kausalzusammenhänge liefern.