Transkription Teil 2

Transkription Teil 2
- Transkription bei Eukaryoten -
Inhalte:
• Unterschiede in der Transkription von Pro- und
Eukaryoten
• Die RNA-Polymerasen der Eukaryoten
• Cis- und trans-aktive Elemente
• Promotoren
• Transkriptionsfaktoren
• Initiierung der Transkription
Das heißt?
Wie beginnt im Grunde die Proteinbiosynthese?
Sie beginnt an der DNA. Aber welche Enzyme sind
notwenig und woher wissen sie, was sie wo zu tun haben?
Wer „sagt“ ihnen das?
Unterschiede zwischen Pro - und Eukaryoten I:
Bei Eukaryoten ist im Gegensatz zu den Prokaryoten die
Translation zeitlich und räumlich von der Transkription
getrennt.
Bei Eukaryoten findet die Transkription im Zellkern und die
Translation (später) im Cytoplasma statt.
Das führt bei Eukaryoten zu
 einer besseren Regulation der Genexpression, was wiederum
 zu einer Vielfalt eukaryotische Formen und
Funktionen führt
Bei Prokaryoten sind diese beiden Prozesse eng miteinander
gekoppelt,
so dass die mRNA sogar schon translatiert wird, während
sie am anderen Ende erst noch gebildet wird.
Unterschiede zwischen Pro - und Eukaryoten II:
Die Weiterverarbeitung der mRNA:
Ihre tRNA und rRNA verändern beide, doch nur
Eukaryoten verändern auch noch ihre mRNA.
A. Das Einfügen von Cap- und PolyA-Strukturen dient:
• der Stabilisierung und dem Schutz der mRNA vor enzymatischen
Abbau.
• ist für den Transport durch die Kernmembran und die Anheftung
an die Ribosomen notwendig.
B. Das alternative Spleißen der Eukaryoten vergrößert das
Repertoire an Proteinen und bietet so eine Erklärung, weshalb das
Proteom weit aus größer und komplexer ist wie das Genom.
40.000 proteincodierende Gene vs. 100.000 verschiedene Proteine
Die RNA-Polymerasen:
Ein weiterer Unterschied zwischen Pro- und Eukaryoten ist, dass
Eukaryoten drei und Prokaryoten nur eine RNA-Polymerase
besitzen.
Die drei eukaryotischen RNA-Polymerasen unterscheiden sich in
ihrer :
• Matrizenspezifität (also in dem was sie produzieren)
• Lokalisation im Zellkern
• Empfindlichkeit gegenüber Inhibitoren (am Bsp. von α-Amanitin)
Die eukaryotischen RNA-Polymerasen:
Typ
Lokalisation
Zelluläre
Transskripte
Wirkung von
α-Amanitin
I
Nucleolus
18S-, 5,8S-, 28S-rRNA
unempfindlich
II
Nucleoplasma
mRNA-Vorläufer +
snRNA
starke Hemmung
III
Nucleoplasma
tRNA + 5S-rRNA
Hemmung erst bei
hohen Konz.
Das α–Amanitin:
Ein zyklisches Oktapeptid, das sich sehr eng an die RNAPolymerasen bindet und dort die Elongation der RNA-Synthese
stört.
Grüner Knollenblätterpilz (Amanita phalloides)
Cis- und trans-aktive Elemente:
Eukaryotengene benötigen eben so wie prokaryotische Gene
Promotoren, um ihre Transkription starten zu können:
• Die RNA-Polymerase I transkribiert nur von Promotoren für
rRNA-Genen aus.
• Die RNA-Polymerase II hat einfache oder auch komplexere
Promotoren, die -wie bei den Prokaryoten- auf dem selben DNAMolekül liegen, auf dem auch das da zugehörige Gen liegt.
• Die RNA-Polymerase III reagiert sowohl auf Promotoren, die
stromaufwärts vom Gen liegen, als auch auf Promotoren, die
stromabwärts von der Initiationsstelle im Gen selbst liegen.
Cis-aktive Elemente:
Cis-aktive Elemente regulieren Gene und befinden sich auf dem
selben DNA-Molekül, wie das zu regulierende Gen!
Es gehören dazu:
• Promotoren wie z.B. bei der RNA-Polymerase II
• Enhancer, die allerdings nur irgendwo auf dem selben DNAMolekül liegen müssen und somit nicht in der Nähe ihres Genes
Trans-aktive Elemente:
Trans-aktive Elemente regulieren ebenfalls Gene, befinden sich
aber nicht auf dem selben DNA-Molekül wie das zu regulierende
Gen!
Sie werden auch als Transkriptionsfaktoren bezeichnet.
Die cis-aktiven Elemente der RNA-Polymerase II:
Die Promotoren der RNA-Polymerase II liegen alle auf der
´-Seite (stromaufwärts) des entsprechenden Gens.
Essentiell ist die s.g. TATA-Box. Neben ihr gibt es aber auch
noch die CAAT- und die GC-Box.
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Die TATA-Box:
• Wird so wegen ihrer typischen Consensussequenz genannt.
• Liegt i.d.R. –30 bis –100 Basenpaare vor ihrem Gen.
• Schon die Mutation einer einzigen Base der TATA-Box
beeinträchtigt ihre Promotoraktivität beträchtlich.

Entscheidend ist nicht der hohe AT-Gehalt, sondern die genaue
Sequenz.
Die GC- und CAAT-Box:
Die TATA-Box ist für die Transkription zwar notwendig, reicht
meistens aber nicht aus. Zusätzlich werden eine oder mehrere
CAAT- und/oder GC-Boxen benötigt.
Diese liegen gewöhnlich –40 bis –150 Basenpaare vor dem Gen.
Innerhalb dieses Intervalls ist ihre Lage aber variierbar im
Gegensatz zu der –35-Region der Prokaryoten.
Ebenso können sie auf dem Matrizenstrang (antisense)liegen,
wohin gegen die prokaryotische –35-Region auf dem codierenden
Strang (sense) liegen muss.
Allerdings werden diese cis-aktiven Element (Promotoren)
nicht von der RNA-Polymerase II selbst erkannt, sondern nur
von Proteinen, den trans-aktiven Elementen (Transkriptionsfaktoren).
Beginn der Transkription:
Neben den Promotoren sind die Transkriptionsfaktoren für die
Transkription in Eukaryoten notwendig.
Man kürzt sie TFII ab. TF wegen Transkriptionsfaktor und II
für die RNA-Polymerase II. Die einzelnen Faktoren werden
durch nachgestellte Buchstaben unterschieden (TFIIA, TFIIB
usw.).
Der wichtigste Faktor ist TFIID. Er
beinhaltet das TATA-BoxBindeprotein (TBP) und dockt
deshalb als erster an die TATA-Box
an.
Die Bindung des TBP ist äußerst
spezifisch an der Sequenz TATA
und ebenso stark.
Sobald das TFIID mit seinem TBP
an die TATA-Box angedockt hat,
kommt es durch das TBP zu einer
Konformationsänderung in der
DNA und die Doppelhelix wird
teilweise entwunden.
Anschließend docken TFIIA, TFIIB
und TFIIF an. Wobei TFIIF eine
ATP-abhängige Helikase ist und den
DNA-Doppelstrang für die RNAPolymerase II trennt.
Es folgen TFIIE und die RNAPolymerase II, um abschließend den
basalen Transkriptionskomplex zu
bilden.
Die durch den basalen Transkriptionskomplex initiierte
Transkription findet nur mit relativ geringer Häufigkeit statt.
Um eine höhere mRNA-Syntheserate zu erzielen, sind
zusätzliche Transkriptionsfaktoren notwendig, die an anderen
Stellen auf der DNA binden.
Solche stromaufwärts gelegenen, stimulierenden Abschnitte
eukaryotischer Gene sind in ihrer Sequenz sehr vielfältig und in
ihrer Position variabel. Diese Vielfältigkeit lässt auf viele
verschiedene, spezifische Gene schließen.
Enhancer:
Enhancer sind cis-aktive Elemente, welche selbst keine
Promotoraktivität besitzen, aber einen Promotor in seiner
Aktivität unterstützen.
Sie können über mehrere tausend Basenpaare hinweg wirken
und können sowohl stromaufwärts, stromabwärts, als auch
mitten in dem zu transkribierenden Gen liegen.
Ebenso ist es egal in welcher Orientierung oder auf welchem
DNA-Strang sie liegen.
Das war‘s. Danke.