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MRNA

Der korrekte Titel dieses Artikels lautet „mRNA“. Diese Schreibweise ist aufgrund technischer Einschränkungen nicht möglich.

Der „Lebenszyklus“ einer mRNA in einer eukaryotischen Zelle. RNA wird im Zellkern transkribiert, prozessiert und in das Cytoplasma transportiert. An den Ribosomen wird sie in der Folge translatiert und schließlich degradiert.

Die mRNA (Boten-RNA, vom englischen messenger-RNA) ist eine direkte RNA-Kopie eines zu einem Gen gehörigen Teilabschnitts der DNA. Sie wird während des Vorgangs der Transkription durch das Enzym RNA-Polymerase hergestellt.

Transkription

Die Transkription geschieht bei Prokaryoten im Cytoplasma, bei Eukaryoten im Zellkern (Karyoplasma). Der Prozess ist bei Prokaryoten (Lebewesen ohne Zellkern) und Eukaryoten (Lebewesen mit Zellkern) ähnlich, allerdings kann in Prokaryoten sofort die Translation (der eigentliche Vorgang der Synthese von Proteinen) beginnen. Ribosomen setzen sich an die mRNA, noch bevor die Transkription abgeschlossen ist. Die mRNA von Eukaryoten wird dagegen meist noch vor Ende der Transkription prozessiert und dann aus dem Zellkern ausgeschleust.

Prokaryoten besitzen im Gegensatz zu den Eukaryoten nur eine Art des Enzyms RNA-Polymerase, welches die Synthese von RNA übernimmt. Dagegen besitzen Eukaryoten RNA-Polymerase I für rRNA, RNA-Polymerase II für mRNA und RNA-Polymerase III für tRNA.

Ein weiterer wesentlicher Unterschied zwischen prokaryotischer und eukaryotischer mRNA besteht darin, dass prokaryotische mRNA polycistronisch sein kann, eukaryotische mRNA dagegen immer monocistronisch ist. Das ermöglicht es Prokaryoten auf nur einem einzigen mRNA-Transkript die Informationen von mehreren (auf der DNA hintereinanderliegenden) Genen zu haben. Ein solcher gemeinsam transkribierter Bereich heißt Operon. Auf diese Weise ist es möglich, dass bei Prokaryoten noch während der mRNA-Synthese bereits die ersten Proteine fertig translatiert werden.

Eukaryotische prä-mRNA-Prozessierung

Schematische Darstellung der eukaryotischen mRNA, nach der Prozessierung der prä-mRNA.

In Eukaryoten muss die mRNA, die zunächst in einer Vorstufe („prä-mRNA“ oder „hnRNA“ (englisch: heteronucleic RNA oder pre-mRNA)) vorliegt, erst prozessiert werden und dann durch die Poren des Zellkerns ins Cytoplasma gelangen, um dort von den Ribosomen erkannt zu werden, die mit der Proteinsynthese beginnen:

• Das 5'-Ende, welches bei der Transkription zuerst synthetisiert wurde, bekommt eine 5'-Cap-Struktur (vom englischen cap für Kappe). Diese besteht aus einer modifizierten Form des Guanosins. Die Cap-Struktur hat mindestens zwei wichtige Funktionen: Erstens wirkt sie nach dem Transport ins Cytosol als Signal für die kleine ribosomale Untereinheit, an welche die mRNA andockt und zweitens schützt sie die mRNA vor hydrolysierenden Enzymen.

• Das 3'-Ende, welches bei der Transkription zum Schluss transkribiert wurde, erfährt eine Polyadenylierung. Bei diesem Vorgang wird ein Poly(A)-Schwanz aus 30 bis 200 Adenin-Molekülen angehängt, welcher die mRNA vor enzymatischen Abbau schützt. Zusätzlich erleichtert er den Export der mRNA aus dem Zellkern ins Cytoplasma.

• Durch Splicing werden die Introns, die keine kodierende Informationen enthalten, entfernt und die verbleibenden Exons miteinander verbunden. Durch alternatives Splicing können aus derselben prä-mRNA unterschiedliche mRNAs entstehen, die in der Translation zu unterschiedlichen Proteinen führen.

An dieser Stelle greifen auch diverse Regulationsprozesse der Zelle ein. Über Antisense-RNA und RNA-Interferenz kann mRNA wieder abgebaut werden und so die Translation verhindert werden. Weiterhin erfolgt in einigen Fällen die so genannte RNA-Edition, d. h. die Nukleotide in einer mRNA werden verändert. Ein Beispiel dafür ist die mRNA des Apolipoprotein B, welche in manchen Geweben editiert wird, in anderen nicht. Durch die Edition entsteht ein früheres Stoppcodon, welches bei der Translation zu einem kürzeren Protein führt.

Translation und Degradation

Der Prozess der Translation findet an den Ribosomen statt, welche frei im Cytoplasma oder am endoplasmatischem Retikulum zu finden sind. Die mRNA wird hier anhand des genetischen Codes abgelesen und Proteine werden dem entsprechend synthetisiert.

Anschließend wird die mRNA durch das Enzym RNAse in ihre Einzelteile zerlegt. Die Bruchstücke werden dann von der Zelle wieder zum Aufbau neuer RNA-Moleküle genutzt. Der Abbau-Prozess findet dabei in den so genannten „P-Bodies“ statt, spezifischen Zellstrukturen im Cytoplasma. Diese erst kürzlich entdeckten Strukturen bieten eine weitere Form der Expressionsregulation, bei der die mRNA auch, statt abgebaut, für eine erneute Translation zwischen-gelagert werden kann.