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2021-07-04T14:01:34Z

Rho-unabhängige Termination (Intrinsische Termination): https, Kleinkram

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Als '''Terminator''' oder '''Transkriptionsterminator''' wird jener Abschnitt einer genetischen Sequenz auf der [[Desoxyribonukleinsäure|DNA]] bezeichnet, der das Ende eines [[Gen]]s oder [[Operon]]s markiert, da er zur Beendigung (''Termination'') der [[Transkription (Biologie)|Transkription]] führt.

Bei der Transkription wird auch diese terminierende Sequenz von [[RNA-Polymerase]]n in die [[Nukleotidsequenz]] des neugebildeten [[Ribonukleinsäure|RNA]]-Strangs umgeschrieben. In dieser Form ist die [[Basensequenz|Basenfolge]] eines Teminators auf dem RNA-Transkript dann das Signal – '''Terminationssignal''' – für jene Prozesse, die unmittelbar oder auch mithilfe zusätzlicher Faktoren – '''Terminationsfaktoren''' – dazu führen, dass der Transkriptionsvorgang beendet wird.
[[Datei:Prokaryotic terminators-en.svg|mini|Vereinfachte Schemata<br />– einer ''intrinsischen'' (oben)<br />– einer ''rho-abhängigen'' (unten)<br />Termination der [[Transkription (Biologie)|Transkription]] (schwarz dargestellt: [[RNA]] des Transkripts)]]

In [[Prokaryoten]] sind zwei Klassen von transkriptionalen Terminatoren bekannt:
* ''Intrinsische'' – durch unmittelbare RNA-Interaktion wirkend
* ''[[Rho-Faktor]]-abhängige'' – indirekt über Proteinfaktoren wirksam

Die DNA-Sequenz eines intrinsischen Terminators enthält zumeist kurze Folgen von (vier bis zehn) [[Guanin|G]]/[[Cytosin|C]]-Basenpaaren und eine Folge gleicher Basen ([[Thymin|T]] bzw. [[Adenin|A]]). In RNA umgeschrieben finden sich diese stromab oft gleich nach einem [[Stopcodon]], welches einen für die [[Translation (Biologie)|Translation]] des Transkripts [[Offener Leserahmen|offenen Leserahmen]] (ORF) beschließt.

Die DNA-Sequenz der längeren Erkennungsregion für den Terminationsfaktor ([[Rho-Faktor|ρ]]) einer rho-abhängigen Termination enthält zumeist viele [[Guanin|G]]- und wenig [[Cytosin|C]]-Basen; diese in RNA somit C-reiche Bindestelle (''rut'' – ''rho utilization site'' genannt) liegt stromauf in einiger Distanz vor einem Stopcodon und der Terminationsstelle.

In [[Eukaryoten]], wie dem Menschen, sind die Prozesse der transkriptionalen Termination weniger gut verstanden. Auch hier spielen Nukleotidsequenzen eine Rolle als ''Terminationssignal.'' Erkannt werden diese von verschiedenen Proteinen, die als ''Terminationsfaktor'' daran binden. In komplexem Zusammenspiel führen sie zum Pausieren der RNA-Synthese, zur Freisetzung des RNA-Transkripts und zur Ablösung der RNA-Polymerase von der DNA-Vorlage. Diese Teilprozesse sind in eukaryotischen Zellen oft zeitversetzt getrennte Abläufe, mit zwischengeschalteten Schritten der [[RNA-Prozessierung]].

Als [[Antiterminator]]en werden Proteine, RNAs oder (intrinsische) RNA-Strukturen bezeichnet, die eine Beendigung der Transkription verhindern.

== Rho-unabhängige Termination (Intrinsische Termination) ==
Bei dieser Form der Termination kommt es zur Ausbildung einer haarnadelförmigen [[Sekundärstruktur]] im RNA-Transkript. Der Grund für diese [[Haarnadelstruktur]] liegt in der speziellen Basenfolge. Daneben liegt oft ein [[Uracil|U]]-reicher Bereich vor. Für die optimale Struktur eines intrinsischen Terminators werden damit folgende Regionen im Transkript gebraucht:<ref>Y. C Carafa, E. Brody, C. Thermes: [https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0022283699800059 ''Prediction of rho-independent Escherichia coli transcription terminators•:: A statistical analysis of their RNA stem-loop structures''.] In: ''[[Journal of molecular biology]]'', 216(4), 1990, S. 835–858.</ref>

[[Datei:Rhounanbterm.png|mini|Strukturmodell eines intrinsischen Terminators in RNA (5′→3′)]]
* Stammbildende GC-reiche Regionen ''a'' und ''c'' (6–8 Nukleotide)
* Schleifenbildende Region ''b'' (3–5 Nukleotide)
* Poly-[[Uracil]] Region ''d'' (3–8 Nukleotide)

Die beiden GC-reichen Regionen ''a'' und ''c'' lagern sich zum sogenannten Stamm (''stem'') zusammen. Die dazwischen liegende Region ''b'' formt die sogenannte Schleife (''loop''). Die entstandene Haarnadelstruktur (''hairpin'') bewirkt eine Verzögerung des Transkriptionsvorgangs, solange sie bestehen bleibt.<ref>I. Artsimovitch, R. Landick: ''Interaction of a nascent RNA structure with RNA polymerase is required for hairpin-dependent transcriptional pausing but not for transcript release''. In: ''Genes & Development'', 12(19), 1998, S. 3110–3122, [[doi:10.1101/gad.12.19.3110]]</ref> Dies wird begünstigt durch ein flexibles Protein mit besonderer Taschenbildung, ''[[NusA]]'', das an die RNA-Polymerase gebunden ist.<ref> X. Guo, A. Myasnikov, J. Chen, C. Crucifix, G. Papai, M. Takacs, P. Schultz, A. Weixlbaumer: [https://www.cell.com/molecular-cell/abstract/S1097-2765(18)30106-0 ''Structural Basis for NusA Stabilized Transcriptional Pausing.''] In: ''Molecular Cell'', 69 (5), März 2018, S. 816–827.</ref> Die RNA-Haarnadelstruktur führt darüber zu einer [[Allosterische Hemmung|allosterischen Hemmung]] der [[Nukleotid]]addition am aktiven Zentrum der RNA-Polymerase.<ref>I. Toulokhonov, I. Artsimovitch, R. Landick: [https://science.sciencemag.org/content/292/5517/730.abstract ''Allosteric control of RNA polymerase by a site that contacts nascent RNA hairpins.''] In: ''[[Science]]'', 292(5517), 2001, S. 730–733.</ref> Mit der nachfolgenden Uracil-Reihe ''d'' verliert der transkriptionale Komplex an Stabilität.<ref>V. Brendel, G. H. Hamm, E. N. Trifonov: ''Terminators of transcription with RNA polymerase from Escherichia coli: what they look like and how to find them''. In: ''Journal of biomolecular structure & dynamics'', 3(4), 1986, S. 705–723, PMID 3078109</ref>

Nach der gängigen Theorie wird infolge der RNA-Haarnadel das RNA/DNA-Hybrid verkürzt und asymmetrisch verschoben; die schwache Bindung über U-A-[[Basenpaarung]]en zwischen RNA und DNA erlaubt dann jene Destabilisierung, mit der das Transkript aus dem Komplex entlassen wird.<ref>P. H. von Hippel, T. D. Yager: ''Transcript elongation and termination are competitive kinetic processes''. In: ''[[Proceedings of the National Academy of Sciences]]'', 88(6), 1991, S. 2307–2311.</ref>

Eine rho-unabhängige Termination wird auch bei der [[Attenuation (Genexpression)|Attenuation]] genutzt zur Regulation der Genexpression.

== Rho-abhängige Termination ==
[[Datei:Term-rhoabh.png|mini|Strukturmodell eines [[Rho-Faktor]]-abhängigen Terminators in RNA]]

Bei der [[Rho-Faktor]]-abhängigen Termination sind keine destabilisierenden Sequenzelemente in der RNA nötig, denn die Termination wird durch den Terminationsfaktor ''Rho'' katalysiert, einen [[hexamer]]en Proteinkomplex. Die Destabilisierung des transkriptionalen Komplexes ist Folge der [[Helikase]]aktivität des Rho-Faktors.<ref>K. M. Walstrom, J. M. Dozono, P. H. von Hippel: ''Kinetics of the RNA-DNA helicase activity of Escherichia coli transcription termination factor rho. 2. Processivity, ATP consumption, and RNA binding''. In: ''Biochemistry'', 36(26), 1997, S. 7993–8004, PMID 9201946</ref> Rho erkennt hierbei [[Cytosin|C]]-reiche (und [[Guanin|G]]-arme) Abschnitte auf dem Transkript. Es bindet auf dem neusynthetisierten RNA-Strang an einen ca. 70 [[Nukleotide|nt]] langen Bereich (''rut''), der stromauf der Terminationsstelle liegt. Mit ATPase-Aktivität bewegt sich Rho dann auf das 3’-Ende der RNA zu.

Zum Terminationsfaktor wird Rho durch seine Wirkung als Helikase, die zu einer Trennung des RNA/DNA-Hybrids führt. Die Folge ist eine Dissoziation des Komplexes und so die Freisetzung des RNA-Transkripts.<ref>D. J. Jin, R. R. Burgess, J. P. Richardson, C. A. Gross: ''Termination efficiency at rho-dependent terminators depends on kinetic coupling between RNA polymerase and rho''. In: ''[[Proceedings of the National Academy of Sciences]]'', 89(4), 1992, S. 1453–1457.</ref>

== Unterscheidung ==
Die Terminatorsequenzen im DNA-Doppelstrang sind nicht gleich denen auf dem RNA-Einzelstrang des Transkripts. Beide sind im Übrigen zu unterscheiden von den [[Stopcodon]]s auf der [[mRNA]], die zur Termination der [[Translation (Biologie)|Translation]] führen.

== Literatur ==
* Rolf Knippers: ''Molekulare Genetik.'' 8. neubearbeitete Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2001, ISBN 3-13-477008-3.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Genexpression]]

Terminator (Genetik) - Versionsgeschichte

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