Genregulation

Wie erwähnt können die Regulationsmechanismen der Genregulation an sämtlichen Punkten der Genexpression ansetzen. Diese wären chronologisch:

• Transkriptionsinitiation
• Termination, also Beenden des Transkriptionsvorganges
• Capping (lediglich bei der eukaryotischen Proteinbiosynthese)
• Polyadenylierung (nur bei Eukaryoten)
• Spleißen (ebenfalls nur bei Eukaryoten)
• Transport ins Cytoplasma (ebenfalls nur bei Eukaryoten)
• Stabilität der mRNA im Cytoplasma
• Initiation der Translation
• posttranslationale Modifikationen an den synthetisierten Proteinen

Hierbei handelt es sich um den ersten Schritt der gesamten Proteinbiosynthese. An dieser Stelle fällt die Entscheidung, ob eine genetische Information schlussendlich zu einer Aminosäuresequenz und damit zu einem Protein umgewandelt werden soll. Diese Entscheidung fällt an den regulatorischen Genfrequenzen. Dabei handelt es sich um spezielle Genabschnitte, an denen entweder ein aktivierendes Protein (Transkriptionsfaktor), oder ein hemmendes Protein binden kann. Die aktivierenden Transkriptionsfaktoren heißen Aktivatoren, die hemmenden Transkriptionsfaktoren nennen sich Repressoren. Bindet ein Repressor an die regulatorische DNA-Sequenz, können diese Abschnitte nicht mehr transkribiert werden, da kein weiterer Trankriptionsfaktor binden kann. Umgekehrt – nach Bindung eines Aktivators – kann mit der Transkription und somit mit der Proteinbiosynthese begonnen werden. Dies ist der erste und einer der bedeutendsten Schritte der Genregulation.

Es existieren verschiedene Regulationsmechanismen bei Eukaryoten und Prokaryoten.

Regulation über die Transkriptionstermination bei Prokaryoten

• einfache Termination: Nutzung einer Terminationssequenz am Ende des Gens (GC-reicher Abschnitt + einige Uridinreste). Dadurch Bildung einer Haarnadelstruktur bzw. einer Schleife. Trifft die RNA-Polymerase auf diese Schleife, tritt sie mit dieser in Wechselwirkung und löst sich dadurch vom DNA-Strang ab.
• Rho-abhängige Termination: Diese Art der Regulation bzw. der Transkriptionstermination ist weitaus seltener. Sie nutzt ein weiteres Protein – den Rho-Faktor. Dieser Rho-Faktor wandert an dem DNA-Strang entlang, bis er auf die RNA-Polymerase trifft und mit dieser in Wechselwirkung tritt. Dadurch löst sich die RNA-Polymerase von der DNA ab.

Regulation über die Transkriptionstermination bei Eukaryoten

Es existieren bei Eukaryoten 3 verschiedene RNA-Polymerasen (I, II, III). Diese benutzen jeweils unterschiedliche Terminationssequenzen.

• RNA-Polymerase I: Rho-Terminationsfaktor bindet nicht wie bei Bakterien an die RNA, sondern an die DNA
• RNA-Polymerase II: Beendigung der Transkription nach erfolgter Polyadenylierung
• RNA-Polymerase III: Beendigung der Transkription nach Einbau einer Reihe von Uracil-Nukleotiden

• Synthese von 7-Methyl-Guanosin am 5'-Ende der prä-mRNA
• dadurch Beeinflussung der Stabilität und Translation der RNA

• Anheftung eines Poly(A)-Schwanzes an die mRNA
• eine ungenaue Bindung des Poly(A)-Schwanzes kann regulatorisch einen schnellen Abbau von mRNA im Zellkern bewirken

Regulatorische Faktoren bestimmen, welche Introns gespleißt werden.

• lediglich fertig prozessierte mRNA wird mit dem 5'-Ende durch die Kernporen geschleust
• Zusammenfügung der mRNA mit mehreren Proteinen zu einem hnRNP-Komplex, welcher dann durch die Kernhülle wandern kann
• die Effektivität und Geschwindigkeit dieses Vorgangs kann regulatorisch beeinflusst werden

• Phosphorylierung eines Serinrestes von einem Protein des Präinitiationskomplexes führt zur Abschaltung der Translationsinitiation
• Blockade der Translation einer mRNA durch eine antisense-RNA

• Genregulation über die Halbwertszeit der mRNA
• abhängig von der Menge der im Zellkern produzierten mRNA
• liegt eine sehr stabile mRNA vor, kann die Proteinsynthese auch noch einige Zeit nach Inaktivierung der Gene stattfinden
• Proteine, die u. U. schnell ausgeschaltet werden müssen, ist kurzlebige, instabile mRNA von Vorteil