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14.5: RNA-Stabilität
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RNA Stability
 
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14.5: RNA Stability

14.5: RNA-Stabilität

Intact DNA strands can be found in fossils, while scientists sometimes struggle to keep RNA intact under laboratory conditions. The structural variations between RNA and DNA underlie the differences in their stability and longevity. Because DNA is double-stranded, it is inherently more stable. The single-stranded structure of RNA is less stable but also more flexible and can form weak internal bonds. Additionally, most RNAs in the cell are relatively short, while DNA can be up to 250 million nucleotides long. RNA has a hydroxyl group on the second carbon of the ribose sugar, increasing the likelihood of breakage of the sugar-phosphate backbone.

The cell can exploit the instability of RNA, regulating both its longevity and availability. More stable mRNAs will be available for translation for a longer period of time than less stable mRNAs transcripts. RNA binding proteins (RBPs) in cells play a key role in the regulation of RNA stability. RBPs can bind to a specific sequence (AUUUA) in the 3’ untranslated region (UTR) of mRNAs. Interestingly, the number of AUUUA repeats appears to recruit RBPs in a specific way: fewer repeats recruit stabilizing RBPs. Several, overlapping repeats result in the binding of destabilizing RBPs. All cells have enzymes called RNases that break down RNAs. Typically, the 5’cap and polyA tail protect eukaryotic mRNA from degradation until the cell no longer needs the transcript.

The emerging research on epitranscriptomics aims to define regulatory mRNA modifications. Recently, scientists have discovered an important role for methylation in mRNA stability. The methylation of adenosine residues (m6A) appears to increase mRNA translation and degradation. m6A also has roles in stress responses, nuclear export, and mRNA maturation. The presence of a modified uracil residue, pseudouridine, also appears to play an important role in RNA regulation.

Mitunter finden sich in Fossilien intakte DNA-Stränge. Dahingegen haben Wissenschaftler manchmal sogar Schwierigkeiten, die RNA unter Laborbedingungen intakt zu halten. Die strukturellen Unterschiede zwischen RNA und DNA liegen den Unterschieden in ihrer Stabilität und Langlebigkeit zugrunde. Da die DNA doppelsträngig ist, ist sie von Natur aus stabiler. Die einzelsträngige Struktur der RNA ist weniger stabil, jedoch auch flexibler und kann schwache innere Bindungen ausbilden. Zudem sind die meisten RNAs in der Zelle relativ kurz, während die DNA bis zu 250 Millionen Nucleotide lang sein kann. Die RNA hat eine Hydroxylgruppe am zweiten Kohlenstoff des Ribosezuckers, was die Wahrscheinlichkeit eines Brechens des Zucker-Phosphat-Gerüsts erhöht.

Die Zelle kann die Instabilität der RNA ausnutzen und sowohl ihre Langlebigkeit als auch ihre Verfügbarkeit regulieren. Stabilere mRNAs stehen für die Translation über einen längeren Zeitraum zur Verfügung als weniger stabile mRNA-Transkripte. RNA-Bindungsproteine (RBPs) in Zellen spielen eine Schlüsselrolle bei der Regulierung der RNA-Stabilität. RBPs können an eine spezifische Sequenz (AUUUA) in der 3' untranslatierten Region (UTR) der mRNAs binden. Interessanterweise scheint die Anzahl der AUUUA-Wiederholungen RBPs auf eine bestimmte Art und Weise zu rekrutieren. Weniger Wiederholungen rekrutieren stabilisierende RBPs. Mehrere, sich überlappende Wiederholungen führen zur Bindung von destabilisierenden RBPs. Alle Zellen haben Enzyme, die RNasen genannt werden und RNAs abbauen. Normalerweise schützen die 5'-Kappen-und PolyA-Schwänze die eukaryontische mRNA vor dem Abbau, bis die Zelle das Transkript nicht mehr benötigt.

Die neue Forschung zur Epitranskriptomik zielt darauf ab, regulatorische mRNA-Modifikationen zu definieren. Vor kurzem haben Wissenschaftler eine wichtige Rolle für die Methylierung bei der mRNA-Stabilität entdeckt. Die Methylierung von Adenosinresten (m6A) scheint die mRNA-Translation und den Abbau zu erhöhen. Außerdem spielt m6A eine Rolle bei Stressreaktionen, beim Kernexport und bei der mRNA-Reifung. Das Vorhandensein eines modifizierten Uracil-Rests, Pseudouridin, scheint ebenfalls eine wichtige Rolle bei der RNA-Regulation zu übernehmen.


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