Posttranskriptionelle und posttranslationale Kontrolle

Die Genexpression wird auch nach der Transkription der RNA und nach der Synthese des Proteins reguliert. Die posttranskriptionelle Kontrolle beeinflusst die Verarbeitung, den Transport und das Schicksal der RNA, während die posttranslationale Kontrolle das fertige Protein modifiziert, lokalisiert und abbaut – zusammen stimmen sie die Identität und Menge der funktionellen Genprodukte über das hinaus ab, was die Transkription allein bestimmt.

Definition

Posttranskriptionelle und posttranslationale Kontrolle umfassen die regulatorischen Prozesse, die nach der Transkription auf die RNA (Verarbeitung, Modifikation, Stabilität und Translation) und nach der Synthese auf Proteine (kovalente Modifikation, Lokalisation und Abbau) einwirken, um die endgültige Ausstattung mit aktiven Genprodukten zu bestimmen.

Scope

Dieses Thema behandelt posttranskriptionelle Ereignisse wie alternatives Spleißen, RNA-Editing, die Wirkung von RNA-bindenden Proteinen und kleinen regulatorischen RNAs sowie posttranslationale Ereignisse einschließlich kovalenter Proteinmodifikation (insbesondere Phosphorylierung) und reguliertem Proteinabbau durch das Ubiquitin-Proteasom-System. Es handelt sich um ein mechanistisch-molekulares Thema und nicht um eine klinische Leitlinie.

Core questions

• Wie kann ein Gen mehrere verschiedene Proteinprodukte hervorbringen?
• Wie wird die Aktivität eines Proteins nach seiner Herstellung ein- oder ausgeschaltet?
• Wie entfernt die Zelle schnell Proteine, die nicht mehr benötigt werden?
• Wie beeinflussen RNA-bindende Proteine und kleine RNAs das Schicksal von Transkripten?

Key concepts

• Alternatives Spleißen
• RNA-Editing und chemische Modifikation von RNA
• RNA-bindende Proteine
• Regulation durch microRNAs
• Proteinephosphorylierung und andere kovalente Modifikationen
• Ubiquitin-Proteasom-Abbau
• Regulierte Proteinlokalisation

Mechanisms

Nach der Transkription wird ein primäres Transkript verarbeitet und kann auf alternative Weise gespleißt werden, um unterschiedliche Boten-RNAs zu erzeugen, wodurch das Proteinrepertoire aus einem einzigen Gen erweitert wird; RNA-Editing und -Modifikation diversifizieren Transkripte zusätzlich. RNA-bindende Proteine, die Sequenz- und Strukturmerkmale durch modulare Domänen erkennen, steuern Spleißen, Transport, Lokalisation, Stabilität und Translation, und kleine RNAs wie microRNAs unterdrücken gezielte Transkripte. Sobald ein Protein synthetisiert ist, wird seine Funktion posttranslational reguliert: Reversible kovalente Modifikationen, von denen die Phosphorylierung durch die große Familie der Proteinkinasen die am weitesten verbreitete ist, verändern Aktivität, Interaktionen oder Lokalisation. Die Proteinmenge wird auch durch regulierten Abbau kontrolliert – die Markierung von Proteinen mit Ubiquitin kennzeichnet sie für den Abbau durch das Proteasom, was ein schnelles und selektives Mittel zur Beendigung der Wirkung eines Proteins darstellt. Zusammen bestimmen diese Mechanismen, welche Genprodukte in welcher Form und wie lange vorhanden sind.

Clinical relevance

Defekte beim Spleißen, bei der Proteinmodifikation und im Ubiquitin-Proteasom-System sind an zahlreichen Krankheiten beteiligt, und diese Mechanismen sind zentral dafür, wie Zellen die Signalübertragung und die Proteinqualiät kontrollieren. Dieser Eintrag dient als Bildungshintergrund und ist keine Grundlage für individuelle diagnostische oder therapeutische Entscheidungen.

History

Im späten zwanzigsten Jahrhundert wurde gezeigt, dass die Genexpression weit über die Transkription hinaus kontrolliert wird: Alternatives Spleißen wurde entdeckt, um Proteine aus einzelnen Genen zu diversifizieren, das Ubiquitin-Proteasom-System (Arbeit, die mit dem Nobelpreis für Chemie 2004 ausgezeichnet wurde) wurde von Hershko und Ciechanover charakterisiert, und die Proteinephosphorylierung entwickelte sich zu einer dominanten regulatorischen Modifikation. Genomweite Untersuchungen wie der Katalog des menschlichen Kinoms von Manning und Kollegen (2002), Übersichten über RNA-bindende Proteine und die Entdeckung der microRNA-Regulation erweiterten das posttranskriptionelle und posttranslationale Bild.

Key figures

• Aaron Ciechanover
• Avram Hershko
• Tony Hunter
• David Bartel

Seminal works

• hershko-ciechanover-1998
• manning-2002
• bartel-2009

Frequently asked questions

Wie kann ein Gen mehr als ein Protein produzieren?

Alternatives Spleißen kann die Exons des Gens in verschiedenen Kombinationen zusammenfügen, und RNA-Editing und -Modifikation fügen weitere Variationen hinzu, sodass ein einzelnes Gen mehrere unterschiedliche Boten-RNAs und Proteinprodukte hervorbringen kann.

Wie wird die Aktivität eines Proteins nach seiner Herstellung kontrolliert?

Durch posttranslationale Mechanismen wie reversible kovalente Modifikation (z. B. Phosphorylierung), Änderungen der Lokalisation und regulierten Abbau durch das Ubiquitin-Proteasom-System.