11.5
Während der eukaryotischen Translation scannen Ribosomen die mRNA ab dem 5'-Ende, bis sie auf die erste AUG-Sequenz, das Startcodon, treffen und die Proteinsynthese initiieren.
Eine mRNA kann jedoch zwei oder mehr AUG-Codons in ihrer Sequenz enthalten. Ribosomen erkennen manchmal das erste AUG-Codon nicht und beginnen die Proteinsynthese stattdessen von einem Startcodon weiter unten im mRNA-Strang.
Dieses Phänomen wird als Leaky Scanning bezeichnet und ermöglicht die Herstellung mehrerer Proteintypen aus derselben mRNA.
Eine bestimmte Konsensussequenz, die sogenannte Kozak-Sequenz, bestimmt, ob ein Ribosom die Proteinsynthese beim ersten Startcodon startet oder überspringt. In dieser Sequenz wird das A des ersten Startcodons AUG als +1 nummeriert. Die Nukleotide danach sind positiv und die Nukleotide davor sind negativ.
Die optimale Sequenz tritt auf, wenn ein Purin in der -3-Position und ein Guanin in der +4-Position vorhanden ist. In der -3-Position ist Adenin wirksamer als Guanin, wenn es darum geht, die Translation zu initiieren.
Veränderungen im Rest der Nukleotidsequenz haben nur einen geringen Einfluss auf die Proteinsynthese.
Wenn eine optimale Sequenz vorhanden ist, initiieren fast alle Ribosomen die Proteinsynthese an diesem AUG-Codon.
Wenn dagegen ein Purin an der -3-Position oder ein Guanin an der +4-Position fehlt, initiieren nur einige Ribosomen die Translation am ersten AUG-Codon. Die Mehrheit der Ribosomen überspringt dieses Startcodon, fährt mit dem Scannen der mRNA fort und initiiert die Translation an einem stromabwärts gelegenen Startcodon innerhalb einer optimalen Erkennungssequenz.
Wenn beim Leaky Scanning beide Codons den gleichen Leserahmen haben, unterscheiden sich die produzierten Proteine nur in ihren N-Termini. So können Zellen zum Beispiel Proteine ohne ein organellenspezifisches Signal am N-Terminus produzieren.
Hat das stromabwärts gelegene Startcodon hingegen einen anderen Leserahmen als das erste Startcodon, kann dies zur Produktion völlig unterschiedlicher Arten von Proteinen führen.
Während der meisten eukaryotischen Translationsprozesse scannt die kleine 40S-Ribosomenuntereinheit eine mRNA von ihrem 5'-Ende, bis sie auf das erste Start-AUG-Codon trifft. Dann verbindet sich die große 60S-Ribosomenuntereinheit mit der kleineren, um die Proteinsynthese zu initiieren. Der Ort der Translationsinitiation wird weitgehend durch die Nukleotide in der Nähe des Startcodons bestimmt, da auf der mRNA mehrere Translationsinitiationsstellen vorhanden sein können. Marilyn Kozak entdeckte, dass die Sequenz RCCAUGG (wobei R für Adenin oder Guanin steht) eine optimale Erkennungssequenz für die Translationsinitiation ist. Das Purin an der -3 Position und das Guanin an der +4 Position sind in Tier- und Pflanzenarten stark konserviert und regulieren die Initiation der Proteinsynthese. Wenn das erste Start-Codon kein Purin an der -3 Position und kein Guanin an der +4 Position hat, befindet sich diese Sequenz in einem schwachen Kontext. Beispielsweise enthält das Peanut Clump Virus eine RNA, die zwei Proteine, p23 und p39, kodiert. Das erste Startcodon ist für die Synthese von p23 und hat eine schwache Erkennungssequenz, CUUAUGU. Etwa 30% der Ribosomen überspringen das erste Startcodon und initiieren stattdessen die Translation an einem weiter stromabwärts gelegenen Startcodon, was zur Produktion des zweiten Proteins, p39, führt. Diese Initiation der Translation an einer alternativen Stelle wird als leaky scanning bezeichnet und wurde in mRNAs von Säugetieren, Pflanzen und Viren beobachtet.
Die Distanz des Startcodons zu anderen Elementen im Transkript kann ebenfalls zu einem leaky scanning führen. Wenn das erste Startcodon weniger als 12 Nukleotide vom 5'-Ende des Transkripts entfernt ist, kann das erste AUG übersprungen werden. Dies kann auch auftreten, wenn zwei AUG-Startcodons eng beieinander liegen, wie im Segment 6 des Influenzavirus B, wo zwei Startcodons nur durch 4 Nukleotide getrennt sind.
Leaky scanning ermöglicht es Organismen, unterschiedliche Isoformen eines Proteins zu produzieren, wenn die beiden Startcodons im gleichen Leseraster liegen. Das Glukokortikoidrezeptorgen von Säugetieren ist ein gutes Beispiel für dieses Typ von leaky scanning, bei dem zwei verschiedene Isoformen des Proteins produziert werden – das größere 94 kDa GR1 und das kleinere 91 kDa GR2. Trotz seiner kleineren Größe ist GR2 zweimal effizienter als GR1 bei der Gen-Transaktivierung. Andererseits kann es, wenn das erste und das stromabwärts gelegene Startcodon unterschiedliche Leseraster haben, zur Produktion von völlig verschiedenen Proteinen führen. Beispielsweise kann das Segment 2 mRNA des Influenza-A-Virus 2 verschiedene Proteine kodieren. Das erste Protein ist eine Kernkomponente der viralen Polymerase, die für die Virusreplikation notwendig ist; das zweite Protein fördert die Apoptose und ist nicht essenziell für die Virusreplikation.
Während der eukaryotischen Translation scannen Ribosomen die mRNA ab dem 5'-Ende, bis sie auf die erste AUG-Sequenz, das Startcodon, treffen und die Proteinsynthese initiieren.
Eine mRNA kann jedoch zwei oder mehr AUG-Codons in ihrer Sequenz enthalten. Ribosomen erkennen manchmal das erste AUG-Codon nicht und beginnen die Proteinsynthese stattdessen von einem Startcodon weiter unten im mRNA-Strang.
Dieses Phänomen wird als Leaky Scanning bezeichnet und ermöglicht die Herstellung mehrerer Proteintypen aus derselben mRNA.
Eine bestimmte Konsensussequenz, die sogenannte Kozak-Sequenz, bestimmt, ob ein Ribosom die Proteinsynthese beim ersten Startcodon startet oder überspringt. In dieser Sequenz wird das A des ersten Startcodons AUG als +1 nummeriert. Die Nukleotide danach sind positiv und die Nukleotide davor sind negativ.
Die optimale Sequenz tritt auf, wenn ein Purin in der -3-Position und ein Guanin in der +4-Position vorhanden ist. In der -3-Position ist Adenin wirksamer als Guanin, wenn es darum geht, die Translation zu initiieren.
Veränderungen im Rest der Nukleotidsequenz haben nur einen geringen Einfluss auf die Proteinsynthese.
Wenn eine optimale Sequenz vorhanden ist, initiieren fast alle Ribosomen die Proteinsynthese an diesem AUG-Codon.
Wenn dagegen ein Purin an der -3-Position oder ein Guanin an der +4-Position fehlt, initiieren nur einige Ribosomen die Translation am ersten AUG-Codon. Die Mehrheit der Ribosomen überspringt dieses Startcodon, fährt mit dem Scannen der mRNA fort und initiiert die Translation an einem stromabwärts gelegenen Startcodon innerhalb einer optimalen Erkennungssequenz.
Wenn beim Leaky Scanning beide Codons den gleichen Leserahmen haben, unterscheiden sich die produzierten Proteine nur in ihren N-Termini. So können Zellen zum Beispiel Proteine ohne ein organellenspezifisches Signal am N-Terminus produzieren.
Hat das stromabwärts gelegene Startcodon hingegen einen anderen Leserahmen als das erste Startcodon, kann dies zur Produktion völlig unterschiedlicher Arten von Proteinen führen.
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