RNA-Switch

Synonyme: RNA-Schalter, Riboswitch

1 Definition

RNA-Switches sind nicht translatierte Bereiche in mRNA-Molekülen mit spezifischer Sekundärstruktur. Sie binden niedermolekulare Metabolite und dienen dadurch als Kontrollmechanismus für die Transkription oder Translation. Sie haben eine große Bedeutung für die Regulation bakterieller Genome. Ferner werden RNA-Switches als beliebtes Hilfsmittel der Biotechnologie verwendet.

2 Biochemie

Molekular sind RNA-Switches in zwei Untereinheiten organisiert: Die erste Einheit besteht aus einem Aptamer und dient zur Bindung an kleine Moleküle. Die zweite Einheit wird durch eine Expressionsdomäne (expression platform) gebildet, die direkt an der Regulation der Genexpression beteiligt ist.

RNA-Switches reagieren auf metabolische Signale der Zelle. Durch die Bindung eines Moleküls an die Aptameruntereinheit findet eine Konformationsänderung in der Expressionsdomäne statt, die dann wiederum Einfluss auf die Genexpression eines weiteren RNA-Moleküls nehmen kann. Eine Reihe unterschiedlicher Mechanismen konnte bisher experimentell nachvollzogen werden. So wurde beispielsweise eine Switch-Region im Genom des Bakteriums Listeria monocytogenes gefunden, die auf Temperaturerhöhungen mit einer verstärkten Proteintranslation reagiert.

3 Funktion

Ursprünglich entdeckt wurden RNA-Switches im Jahr 2002 als Regulatoren spezifischer Vitaminderivate. Die aktuelle Forschungslage (2019) deutet jedoch daraufhin, dass RNA-Switches umfangreichere Funktionen im Zellmetabolismus wahrnehmen. So können mRNA-Moleküle, die eine Riboswitch-Domäne enthalten, selbständig ihre eigene Aktivität regulieren.

4 Biotechnologie

In der Biotechnologie werden RNA-Switches als molekulare Schalter und Detektoren verwendet (RNA-Sonden). Beispielsweise können sie einem zellfreien Expressionssystem vorgeschaltet werden und erlauben somit die Expression eines Indikatormoleküls nur bei Vorhandensein ihres spezifischen Liganden.

5 Quellen

• Anna V Sherwood, Tina M Henkin: Riboswitch-Mediated Gene Regulation: Novel RNA Architectures Dictate Gene Expression Responses. Annu. Rev. Microbiol.: 2016, 70;361-74
• Jörg Stülke: Control of transcription termination in bacteria by RNA-binding proteins that modulate RNA structures. Arch. Microbiol.: 2002, 177(6);433-40