Torpedo-Modell
Synonym: Torpedo-Mechanismus, Exonuklease-getriebene Termination
Englisch: torpedo pathway
Definition
Das Torpedo-Modell ist ein Erklärungsmodell für die molekularen Mechanismen, die in eukaryotischen Zellen am Ende der Transkription ablaufen. Es erklärt, wie die Transkription nach dem Polyadenylierungssignal eines prä-mRNA-Transkripts effektiv terminiert wird.
siehe auch: Transkription
Hintergrund
Nach dem Durchlaufen des Polyadenylierungssignals (zumeist: AAUAAA) wird das naszierende prä-mRNA-Transkript co-transkriptionell durch eine Endonukleaseaktivität geschnitten. Dabei wird die prä-mRNA freigesetzt, welche anschließend prozessiert und aus dem Kern exportiert wird.
Anders als es bei der prokaryotischen Transkription der Fall ist, zerfällt der Transkriptionskomplex (u. a.: RNA-Polymerase-II, TFIIE, TFIIH, TFIIF) nicht eigenständig und transkribiert weiter in Richtung 5‘-Ende des codogenen Strangs. In der Folge entsteht ein sogenanntes 3‘-Resttranskript des nicht-codierenden Bereiches.
Mechanismus
Das Torpedo-Modell beschreibt die Termination wie folgt: Das 3‘-Resttranskript weist ein freies 5‘-Monophosphat-Ende auf, das sofort von einer 5‘-3‘-Exonuklease (beim Menschen: XRN2) erkannt wird. Diese Exonuklease bindet an das neue 5‘-Ende und baut das Transkript, welches fortwährend durch die RNA-Polymerase verlängert wird, rasch in 5‘-3‘-Richtung ab. Es nähert sich dabei der RNA-Polymerase.
Sobald XRN2 die Polymerase erreicht, stört die Exonuklease die Stabilität des Transkriptionskomplexes. Möglicherweise durch direkte physikalische Kollision oder durch die Destabilisierung RNA-DNA-Hybridstruktur im aktiven Zentrum der Polymerase wird der Transkriptionsvorgang abrupt beendet, sodass die Polymerase von der DNA dissoziiert.
Neben dem Torpedo-Modell existiert das sogenannte "allosterische Modell", das annimmt, dass die RNA-Polymerase durch die Abspaltung der prä-mRNA eine Konformationsänderung erfährt, die schließlich zu ihrer Dissoziation von der DNA führt. Diese beiden Modelle verhalten sich komplementär zueinander und wirken nach aktuellem Wissensstand zusammen.
Literatur
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- West S. et al.: Human 5′ → 3′ exonuclease Xrn2 promotes transcription termination at co-transcriptional cleavage sites. Nature. 2004;432:522-525.
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- Pieraccioli M et al.: The transcriptional terminator XRN2 and the RNA-binding protein Sam68 link alternative polyadenylation to cell cycle progression in prostate cancer. Nat. Struct Mol Biol. 2022;29:1101-1112.
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- Richard P et al.: Transcription termination by nuclear RNA polymerases. Genes Dev. 2009;23(11):1247-1269.