Mehrere Start- und Stoppcodons in mRNA und Prä-mRNA [Duplikat]

Ob es mehrere Start- und Stoppcodons gibt oder nicht, hängt davon ab, was Sie mit "Startcodon" und "Stoppcodon" meinen.

Das Startcodon hat die Sequenz "AUG", und das Stopcodon hat die Sequenz "UAG", "UAA" oder "UGA". Sowohl die prä-mRNA als auch die reife mRNA können mehrere Instanzen all dieser Sequenzen enthalten und tun dies normalerweise auch. Jedoch dient nur eine "AUG"-Instanz als Translationsstartstelle, und nur eine Instanz der Stoppcodonsequenz dient als Translationsstoppstelle.

Die Translationsstartstelle ist normalerweise die erste (5' am weitesten entfernte) AUG. Aus noch nicht ganz geklärten Gründen wird jedoch bei etwa 5 % der Gene die erste AUG übersprungen und die Translation beginnt bei einer der anderen AUG-Sequenzen.

Die Translationsstoppstelle ist immer das erste Stoppcodon, das in der reifen mRNA im Leserahmen mit der Translationsstartstelle auftritt.

Das Stoppcodon ist normalerweise nicht (ich bin versucht, nie zu sagen) die letzte Sequenz vor dem Poly-A-Schwanz. In der Mitte befindet sich die kodierende Sequenz (die RNA-Region, die für das Protein kodiert). Es gibt eine 5'-untranslatierte Region (UTR) vor der proteinkodierenden Region und eine 3'-UTR nach der proteinkodierenden Region. Die UTR-Sequenzen variieren zwischen den Genen und können je nach Sequenz unterschiedliche Funktionen haben .

Da es sich bei dieser Frage um einen ersten Beitrag handelt, handelt es sich wahrscheinlich nur um eine grundlegende Frage zur Proteinsynthese, die @Sean Johnson ausreichend beantwortet hat. Allerdings bin ich mir nicht ganz sicher. Und da ich früher in der Proteinsynthese gearbeitet habe (aber jetzt ziemlich abgehoben bin), beschloss ich, ein wenig in die neuere Literatur zu schauen, um einige eher esoterische oder obskure Fragen anzusprechen, die sie in meinem Kopf aufgeworfen hat. Ich habe die Ergebnisse unten dargelegt und meine Antwort in reife mRNA (die Sean hauptsächlich behandelte) unterteilt, aber auch Prä-mRNA berücksichtigt. Wenn die Antwort für den Fragesteller nicht sehr nützlich ist, kann sie dennoch für andere von Interesse sein.

Start- und Stop-Codons in reifer mRNA

Das allgemeine Bild der Initiierung und Beendigung der Proteinbiosynthese in Eukaryoten (Bakterien und Archaea sind unterschiedlich) wurde von Sean beschrieben und kann in Standardtexten ¹ gefunden werden . In den meisten Fällen ist das erste AUG vom 5'-Ende der mRNA dasjenige, das gemäß dem Kozak-Modell 2 vom Ribosomen-Untereinheit-Initiationskomplex als „Startsignal“ für die Proteinsynthese erkannt ^wird ; und jedes der drei im Leserahmen angetroffenen Terminationscodons wird als "Stopp" erkannt und führt (fast) unweigerlich zur Termination der Polypeptidkette.

STARTAUSNAHME 1
Wie erwähnt, führen bei etwa 5 % der mRNAs bestimmte Aspekte der Umgebung des ersten AUG vom 5'-Ende dazu, dass es vom Komplex ignoriert wird und die Insertion von Methionin und die Startproteinsynthese am zweiten ( oder vielleicht sogar ein nachfolgender) AUG. ²

START AUSNAHME 2
Es wurde festgestellt, dass bestimmte eukaryotische Viren die Translation der mRNAs intern durch einen Mechanismus initiieren, der sich von dem 5'-Scanning-Verfahren unterscheidet. Dabei handelt es sich um eine „interne ribosomale Eintrittsstelle“ – IRES. Es stellte sich anschließend heraus, dass eine kleine Untergruppe von Wirts-mRNAs eine IRES besitzt und die Translation intern initiieren kann. Dazu gehören einige Wachstumsfaktoren, Transkriptionsfaktoren und Translationsfaktoren. ³ Solche (seltenen) mRNAs können daher mehrere AUGs in ihrer 5'-untranslatierten Region haben.

Obwohl es möglich ist, sich eine mRNA mit mehreren IRESs vorzustellen und somit mehrere unterschiedliche Proteine ​​zu codieren (analog zu einer bakteriellen polycistronischen mRNA), scheint dies nicht der Fall zu sein. Auffällig ist beispielsweise, dass die Poliovirus-RNA nur eine einzige IRES für den Start der Synthese eines einzigen großen Polyproteins besitzt, aus der sie durch Proteolyse mehrere Proteine ​​generiert. Es scheint, dass der Hauptzweck dieser alternativen Initiation darin besteht, zu ermöglichen, dass die Proteinsynthese in Abwesenheit einer 5'-Kappe fortschreitet.

STOP AUSNAHME 1
Es gibt einige AGU-Codons, die von einer spezifischen tRNA erkannt werden, die Selenocystein in die Polypeptidkette einfügt. Einige Aspekte der Umgebung dieser Codons bewirken, dass sie vom Proteinterminationssystem ignoriert werden, und das Ribosom fährt mit der Translation fort und endet schließlich an einem nachfolgenden Stoppcodon ⁴ .

STOP-AUSNAHME 2
Es ist seit langem bekannt, dass bestimmte bakterielle und eukaryontische virale mRNAs ihr genetisches Repertoire durch sogenanntes „Durchlesen“ von „undichten“ Stoppcodons erweitern können. Dies ist eher ein „prozentualer“ Effekt als alles oder nichts und führt zu einer Mischung aus „normallangen“ und verlängerten Produkten. Inzwischen ist klar, dass das gleiche Phänomen bei einigen eukaryotischen mRNAs auftreten kann: recht häufig bei Drosophila ⁵ , aber auch bei Säugetieren ⁶ .

STOPP-CODONS & DIE 3'-UTR
Mir ist nicht klar, was der Fragesteller mit "Ist das Stopp-Codon immer die letzte Sequenz vor dem Poly-A-Schwanz?" meint. Wenn die Frage lautet, ob es in der 3'-UTR zwischen dem funktionalen Terminationscodon und dem AATAAA-Polyadenylierungssignal (violett in Seans Diagramm) zusätzliche Stoppcodons geben kann, lautet die Antwort ja. Als ich mir die Sequenzen einiger Muskelprotein-cDNAs ansah, die vor Jahren erstellt wurden, fand ich mehrere Stoppcodons in dieser Region in jeder, die ich mir ansah. Natürlich sind sie ohne Funktion, da das Ribosom bereits abgereist ist, aber es gibt keinen Grund, warum sie nicht zufällig (und an scheinbar zufälligen Positionen) vorhanden sein sollten.

Start- und Stop-Codons in Prä-mRNA

Ich nehme an, dass mit Prä-mRNA das anfängliche RNA-Transkript vor dem Spleißen gemeint ist. Es gibt keinen Grund, warum ein herausgespleißtes Intron, so dass es nicht in der endgültigen mRNA erscheint, keine Start- oder Stoppcodons enthalten sollte, die, wenn sie nicht entfernt würden, den Leserahmen verändert hätten. Viele tun es.

Eine interessantere Situation ist dort, wo es alternatives Spleißen gibt, um verschiedene mRNA-Transkripte herzustellen, die verschiedene Proteine ​​codieren. Relevant für die Frage ist die Situation mit Startcodons, bei denen sich die Proteine ​​in ihren N -Termini unterscheiden, und Stoppcodons, bei denen sich die Proteine ​​in ihren C -Termini unterscheiden. Letztere sind recht häufig, aber auch erstere kommen vor, insbesondere wenn es alternative Formen eines Proteins mit und ohne Signalpeptid gibt ⁷ . In diesen Fällen werden die Start- oder Stop-Codons in zwei Exons vorhanden sein, von denen jeweils eines ausgespleißt ist. Beispiele hierfür von einigen Drosophila- Genen sind dargestellt:

In beiden Fällen sind die codierenden Regionen orange und die nicht translatierten Regionen grau. Die dünnen Linien stellen die Position der herausgespleißten Introns dar. Die Pfeilspitze stellt die Transkriptionsrichtung dar und befindet sich auf der C-terminalen Seite des Proteins. (i) Unterschiedliche N-Termini für alternative Produkte des Gens vha14-2; (ii) Unterschiedliche C-Termini für alternative Produkte des Gens vhaSFD. ⁹