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Biosynthese der Ribonucleinsuren.

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87. Jahrgang 1975
Heft 14
Seite 497-526
Biosynthese der Ribonucleinsauren
Von John P. Richardson[*]
Die Biosyntheseder Ribonucleinsauren (RNA) umfal3t die Polymerisation von Ribonucleotiden
an Desoxyribonucleinsluren (DNA) als Matrize und die Umwandlung der primar pebildeten
Gen-Kopien zu fertigen. ,,gereiften" RNA-Molekiilen. Der vorliegende Fortschrittsbericht faRt
unser gegenwlrtiges Verstiindnis dieser Prozesse kurz zusammen.
1. Einleitung
RNA ist ein bedeutungsvoller und unentbehrlicher Zellbestandteil, der bis zu einem Viertel des Trockengewichts
einer Zelle ausrnachen kannl'. 'I. Der groBte Teil der RNA
spielt bei der Proteinsynthese eine Rolle, doch wird eine kleine
Menge auch fur die Replikation der DNA benotigt, und andere
R N A kann eine regulatorische Funktion haben. Ungefahr
die HLlfte der zu einem gegebenen Zeitpunkt synthetisierten
RNA liegt in Form stabiler Molekule vor:'Dies sind die
ribosornale RNA (rRNA),die ein Strukturelement der Ribosomen ist. und die Transfer-RNA (tRNA), die wahrend der
Proteinsynthese zur Anpassung der Aminoduren an den genetischen Code dient. Die andere Halfte sind RNA-Molekule
rnit sehr geringer Stabilitlt im Stoffwechsel, und zwar die
Messenger-RNA (mRNA) als Matrizen der Proteinsynthese,
ferner viele der RNA-Molekule des Zellkerns als Vorlaufer
der stabilen RNA und der rnRNA, und die RNA-Zwischenstufen,diean der Replikation der DNA beteiligt sind. Die Lebensdauer dieser RNA-Molekule betragt oft weniger als ein Zehntel
der Lebensdauer einer Zellgeneration. Weil ein groBer Teil
der RNA instabil ist. gibt die Zusamrnensetzung einer Zelle
ihren der RNA-Bildunggewidmeten Anteil an Synthesekapazitat nicht richtig w i d e r ; gewichtsrnaRig rnacht die RNA-Synthese ein Drittel der Synthese aller Makromolekiile aus.
[*I
Prof. Dr. J. P. Richardson
Department of Chemistry
Indiana University
Bloomington, Indiana 47401 [USA)
Angr\v.
Chvrri. 87. Juhry. I Y 7 5
I
N r . I4
Chemisch gesehen ist RNA ein lineares Polymeres aus Ribonucleotiden. die durch Phosphodiesterbindungen zwischen
dem Kohlenstoffatorn 5' eines Ribonucleotids und dern Kohlenstoffatorn 3' des benachbarten Ribonucleotids verknupft
sind. Die vier normalen Ribonucleotide der RNA enthalten
die Basen Adenin, Guanin, Cytosin und Uracil. doch die
stabilen RNA - insbesondere die tRNA - haben auch kleine,
aber wichtige Anteile anderer Ribonucleotide, die durch Modifizierung der vier normalen Nucleotide entstehen.
In vielen ihrer chernischen Eigenschaften iihnelt RNA der
DNA. Der chemisch bedeutendste Unterschied liegt in den
Zuckerresten - RNA enthllt Ribose statt der in DNA gefunde-
DNA
rn
RNA
'8
RNA
Nucleo tlde
Abb. I . Schema d e r RNA-Biosynthese. W e n n RNA-Polyrnerasc 1 2 1 . ti. p'.
olzusarnmen mit D N A in Gegenwart beliebiger Nucleosidtriphosphatc ( N T P )
!nkuhiert wird (Schritt 1 I.SO eiitctehen mi Kornplel a u s D N A und R N.4-I'ol?merase RNA-Molekiilr. Der o - F a k t o r dissoziiert kurz nach d e m Beginn
einer RNA-Kette. Erreicht d a s Enzym ein Terminationssignal der Transkription. so dissoziiert es ebenfalls von der Matrize und setzt ein RNA-Molekiil
frei [Schritt 2). Die RNA-Synthese wird in vielen FPllen durch die Wirkung
von Nucleasen, die bestimmte Abschnitte der urspriinglichen Kopie spalten.
und durch modifizierende Enzyme, die bestimmte Nucleotide verindern.
vervollstandigt [Schrirl 3).
491
nen 2'-Desoxyribose - sowie in der Anwesenheit von Uracil
als normaler Base anstelle von Thymin (5-Methyluracil). Ferner sind RNA-Molekule meist kleiner als DNA-Molekiile
und gewohnlich einstrangig, wlhrend DNA doppelstrangig
ist. Dennoch ist die Ahnlichkeit grol3 genug, daR RNA stabile
Komplexe rnit DNA bilden kannI3! Derartige Komplexe haben die Struktur einer regularen Hybrid-Doppelhelix, in der
der RNA-Strang antiparallel zu einem komplementaren DNAStrang v e r l l ~ f t [ ~Die
I . Bildung solcher Strukturen ist der
Schlussel zu einem moglichen Mechanismus der RNA-Polymerisation.
Die Biosynthese der RNA-Molekule geschieht in zwei
Hauptschritten, die schematisch in Abb. 1 dargestellt sind.
2. Die Polymerisation von Ribonucleotiden
2.1. RNA-Polymerasen
Nahezu die gesamte RNA wird durch einen Transkription
genannten ProzeR direkt an DNA-Matrizen (,,template") polymerisiert. Das geht aus der Tatsache hervor, daR im gleichen
Organismus nahezu samtliche RNA homolog zu DNA-Sequenzen istC5', da13 die starkste RNAkyntheseaktivitCt in
DNA-abhangigen Enzymen gefunden wirdC6],und daR die
gesamte RNA-Synthese durch Stoffe wie Actinomycin D blokkiert werden kann, die sich sehr fest an DNA binden''].
Eine bekannte Ausnahme bilden einige Virus-Ribonucleinsauren, die direkt an RNA-Matrizen repliziert werden. Ferner
konnen Ribonucleotide durch Nucleotidyl-Transferasen an
das 3'-Ende einiger RNA ankondensiert werden, ohne daR
eine Matrize erforderlich ware. Obwohl es schon seit langem
fur moglich gehalten wurde, daR die RNA der Zellen auch
an RNA-Matrizen dupliziert werden kann, lie0 sich diese
Hypothese erst stutzen, als man kiirzlich in Kaninchen-Reticulocyten eine RNA-abhingige RNA-Polymerase fandLE1.Da
diese Zellen keine DNA mehr enthalten, wird ihre mRNA,
besonders die fur das Globin, moglicherweise durch ein solches
Enzym gebildet ; dies ist allerdings noch unbewiesen.
Das fur die RNA-Synthese an DNA-Matrizen verantwortliche Enzym heifit DNA-abhangige RNA-Polymerase. In Bakterien wurde nur eine Form (Grundstruktur) dieses Enzyms
gefunden"]. Sie wird durch Rifampicin gehemmt und kann
durch Bindung anderer Proteinfaktoren oder chemische Anderungen in ihrer Aktivitat modifiziert werden. Eine andere
Form hat man fur die rnit der Replikation des Chromosoms
zusammenhangende RNA-Synthese postuliert["], denn diese
Synthese wird anscheinend nicht durch Rifampicin gehemmt" I]. Jedoch konnte die RNA-Polymerase, der diese
Aktivitat zugeschrieben wird, noch nicht isoliert werden.
In ehkaryotischen Zellen lassen sich vier Formen der RNAPolymerase unterscheiden" 21, und zwar eine in den Mitochondrien und drei weitere im Zellkern, von denen wiederum eine
aus dem Nucleolus, dem Syntheseort ribosomaler RNA-VorIlufer, stammt. Das haufigere der Enzyme des Zellkerns wird
durch geringe Mengen des Pilzgiftes a-Amanitin gehemmt.
Dies Enzym macht man fur die Synthese von mRNA-Vorlaufern verantwortlich; das andere nucleare Enzym scheint die
Synthese von SS-rRNA und tRNA zu bewirken" 'I.
Die meisten RNA-Polymerasen sind komplizierte, anscheinend unsyninietrisch und aus mehreren Untereinheiten aufgebaute Proteine. Bei der RNA-Polymerase aus Eschrrichia coli
498
hat die kleinste Einheit rnit RNA-Polymeraseaktivitat, das
Core-Enzym, ein Molekulargewicht von 390000[9~
14!
Es besteht aus vier Untereinheiten und enthalt ein fest gebundenes
Zink-Ion["! Ein Polypeptid, die a-Untereinheit, liegt in zwei
Kopien vor. Die beiden anderen, P und p', sind sehr groRe
Polypeptidemit Molekulargewichten > 150000 und trotz ahnlicher GroBe deutlich verschieden'' 'I. Das hochgereinigte Enzyrn enthiilt nieist noch zwei weitere Polypeptide. Eins von
ihnen, der o-Faktor, wird fur den Beginn der Transkription
an bestimmten DNA-Matrizen benotigt; obwohl er sich fest
genug a n das freie Enzym bindet, um ihn als Untereinheit
aufzufassen, wird er freigesetzt, wenn das Enzym rnit der Polynierisation einer RNA-Kette beginnt. RNA-Polymerase einschlieRlich des a-Faktors nennt man das Holoenzym. Das
andere Polypeptid, w, besitzt ein Molekulargewicht von etwa
10000 und ist vielleicht eine Verunreinigung, obwohl w-haltige
Enzympraparationen gewohnlich eine etwas hohere spezifische
Aktivitat aufweisen als crl-freie.
Es gibt keinen Anhaltspunkt dafiir, da13 Nucleinsguren selbst
ein wichtiger standiger Bestandteil der RNA-Polymerase sind.
Allerdings weiR man. daR unter bestimmten Bedingungen Nucleotide und Phosphat kovalent gebunden werden ; diese Substituenten konnten eine wichtige Rolle bei der Modulation der
Enzymaktivitat spielen" 'I. Wenn Core-RNA-Polymerase aus
exponentiell wachsenden E.-coli-Zellen isoliert wird, scheint
sie weniger als 0.2 mol Phosphor pro mol Enzym zu enthalten,
so daB diese Substituenten fur die Aktivitat wahrend des
nornialen Zellwachstums nicht benotigt werden diirften. Andererseits wurde dariiber berichtet, daB die Phosphorylierung
des a-Faktors rnit einer Protein-Kinase aus Kaninchenmuskel
die RNA-Polymerase bctrachtlich aktivieren kann" Die Bedeutung dieses Befundes ist unklar, doch hangt sie moglicherweise rnit der Existenz inaktiver Polypeptide von gleicher
GroBe wie der o-Faktor in einigen Enzympraparationen zusammen" '1.
Die nucleolare und die haufigere nucleoplasmatische RNAPolymerase aus Zellkernen des Kalbsthymus und der Rattenleber sind noch gr6Rere Proteine als das E.-co/i-Enzym['21.Sie
bestehen ebenfalls aus mehreren Untereinheiten, darunter Peptiden, die sogar groBer sind als die P,P'-Untereinheiten des
E.-coli-Enzyms. Es ist noch unbekannt, o b irgendwelche dieser
Untereinheiten Initiationsfaktoren wie der o-Faktor sind.
Im Gegensatz dazu besteht die RNA-Polymerase aus Mitochondrien von Neurospora crassa nur aus einer einzigen Peptidkette vom Molekulargewicht 64000[20],und die von den
Bakteriophagen T 3 und T7 codierten Enzyme sind einzelne
Polypeptide vom Molekulargewicht ca. 107000[2'-221.Eine
komplizierte Proteinstruktur ist daher keine Vorbedingung
fur eine RNA-Polymerase. Allerdings wirken diese Enzyme
an einfacheren Genomen, und die Bakteriophagen-Enzyme
zeichnen sich durch strenge Spezifitiit aus. Die komplizierteren
Strukturen der bakteriellen Enzyme und der Kern-Enzyme
konnten demnach charakteristisch fur solche Polymerasen
sein, die unter strikter Regulation mehrere Arten genetischer
Bereiche zu erkennen vermogen.
2.2. Die Reaktion
Slmtliche RNA wird durch Polymerisation von Ribonucleosidtriphosphaten (ATP, GTP, CTP und UTP) in einer von
zweiwertigen Kationen (gewohnlich Mg2+-Ionen)abhangigen
Reaktion synthetisiert. Fur jedes an die wachsende Kette angeAriyt.1~.Chtm )I 87. Jalrry. I Y 7 5
1 Nr. 14
fugte Nucleotid wird ein Molekiil Pyrophosphat freigesetzt.
Der postulierte Verlauf dieser Polymerisationsreaktion ist in
Abb. 2 dargestellt : Die 3’-Hydroxygruppe des 3’-terminalen
Ribonucleotidsder wachsenden RNA-Kette wird aktiviert und
greift das a-Phosphoratom (d. h. das erste Phosphoratom) eines
korrekt angelagerten Nucleosidtriphosphats nucleophil an.
Die entstehende Phosphodiesterbindung wird auf Kosten der
Anhydridbindung zwischen dem a-und dem 0-Phosphoratom
hergestellt, so daR Pyrophosphat austritt. Die korrekte Position des neu hinzukommenden Nucleotids beruht wahrscheinlich auf seiner Bindung an das Enzym und an die DNA-Matrize.
Matrize [DNA I
Enzym erkannten Initiationsstellen ist; es konnte aber auch
eine Wechselwirkung des Enzyms rnit den Purinnucleotiden
die Anlagerung des Enzyms an eine Initiationsstelle beeinflussen. ATP-und G T P binden beide an je zwei Zentren des
freien Enzyms, wiihrend UTP und CTP recht schwach und
nur an eins dieser Zentren binden[2y1.Die zusatzliche Bindungsstelle fur Purinnucleotide kann an den Startreaktionen
einschliel3lich der korrekten Anlagerung des Enzyms an die
DNA-Matrize beteiligt sein.
2.3. Die Funktion der DNA
Bei den DNA-abhangigen RNA-Polymerasen wirkt DNA
als Muster fur den Zusammenbau der RNA. Wenn diese
Matrize und irgendwelcheder von ihr spezifizierten Nucleosidtriphosphate fehlen, wird keine RNA synthetisiert. Die besten
Matrizen fur die meisten Enzyme sind Doppelhelix-DNA-Mo. A.I
lekiile, doch konnen auch einzelstriingige DNA - und unter
bestimmten Bedingungen sogar RNA -- die Doppelhelix-DNA
ersetzen, wenn auch rnit vie1 geringerer Aktivitlt; bei DNASiittigung hat RNA-Polymerase aus E . coli in Gegenwart einzelstrangiger DNA nur ein Zehntel der Aktivitat wie mit
Enzym
einer guten DNA-Doppelhelixrhl.
Eine Analyse der von denaturierter DNA transkribierten
Bereiche weist darauf hin,daRdas Enzym weniger gut diskriminiert, wenn die Matrize einzelstrangig isti”I: Offenbar kann
RNA-Polymerase
die Synthese an wesentlich mehr Bezirken
Abb. 2 Ankondensation eines Nucleotids a n das 3’-Ende einer wachsenden
einer einzelstrangigen DNA starten als an einer Doppelhelix,
R N A- Ket te.
darunter auch an solchen, die in der Zelle nicht transkribiert
Obwohl die Anderung der freien Energie fur die Anfugung
werden. Die geringere Geschwindigkeit der RNA-Synthese
eincs Monomeren nicht grol3 1st (AGO’==-0.5 k c a l / m ~ l ) [ ~ ~ ’ , riihrt also nicht von einem Mange1 a n Initiationspunkten
her, sondern daher, dalj das Kettenwachstum der RNA langsaschreitet die Reaktion fort, solange die Pyrophosphat-Konzenmer, der Kettenabbruch haufiger, und vielleicht auch die Initiatration gering ist. Physiologisch wird dies durch Hydrolyse
tion verlangsamt ist[”- 311.
des Pyrophosphats zu Orthophosphat sichergestellt, die als
Der Gesamtvorgang der Transkription an einer Doppelhesehr gunstige Reaktion (AGO’= -7.0 kcal/mol) von den ubilix-DNA ist in Bezug auf die Struktur dieser DNA vollkommen
quitiiren Pyrophosphatasen katalysiert wird. Es ist nicht anzuk o n s e r v a t i ~ [ ~wahrend
~’;
der RNA-Synthese erfolgt keine bleinehmen, dal3 ein weiterer Abbau von Nucleosidtriphosphaten
bende Veranderung der DNA. Allerdings wird die DNA wahnotig ist, um die Polymcrisation voran zu treiben. Das reine
rend ihrer Matrizenfunktion fest rnit dem Enzym und der
Enzym scheint keine Nucleotidhydrolyse zu katalysieren; die
wachsenden RNA-Kette v e r b ~ n d e n l ~ In
~ ! manchen Fallen
Geschwindigkeit der RNA-Kettenpolymerisation in vitro
stimmt praktisch rnit der in vivo iiberein, wenn man physiologikann das Enzym denaturiert werden, und man erhiilt eine
noch rnit der DNA verhaftete RNA[341,aber meist fiihrt eine
sche Substrat-Konzentrationen a n ~ e n d e t l **’I.~ *In bei 37°C
Ablosung des Enzyms auch zu einer spontanen Dissoziation
wachsendem E . coli betriigt diese Geschwindigkeit 50 Nucleotider RNA[331.Ferner ist der grol3te Teil der wachsenden RNA
de pro Sekunde fur RNA aller Typen und Gro13eni26,271.
einem Abbau durch Ribonuclease zuganglich. Diese Befunde
Es dauert demnach ungefahr eine Minute, um ein RNA-Molelassen erkennen,daR RNA und DNA zwar indirekter Wechselkul vom Format der groljeren ribosomalen RNA mit einem
wirkung stehen, daR der Bezirk diescr Wechselwirkung aber
Molekulargewicht von 1.1 . 10’ zu synthetisieren. Zum Verwahrscheinlich klein ist und durch das Enzym stabilisiert
gleich: Die Replikation der DNA in der gleichen Zelle hat
werden mu&
eine Geschwindigkeit von beinahe 900 Nucleotiden pro SekunEs sind zwei Modelle vorgeschlagen worden, um zu erkllren,
de und wachsende Kette.
wie eine doppelstriingige DNA als Matrize fur die Bildung
Die Richtung des Kettenwachstums der RNA fur die durch
einer.freien einzelstrlngigen RNA benutzt werden kann, ohne
E.-coli-RNA-Polymerase katalysierte Reaktion geht aus Abb.
die DNA-Struktur bleibend zu veriindern. Im einen Mo2 hervor: Jedes hinzukommende Nucleotid wird an das Ende
3blwirdein kurzer einzelstrangiger Abschnitt der DNA,
mit der freien 3’-Hydroxygruppe ankondensiert[’”! Diesen
der durch lokale Aufdrehung der Helix entsteht, als Matrize
Vorgang nennt man Elongation. Die Kettensynthese kann
angcnommen, wobei der Vorgang dem von Ubtson und Crick
mit der gleichen Reaktion gestartet werden, die zur Elongation
fur die DNA-Duplikation vorgeschlagenen iihnelt ; eine gegedient; nur wirkt anstelle der wachsenden RNA-Kette ein Nubene Base des DNA-Stranges wiirde am Enzym nur die Bincleosidtriphosphat als Acceptor. Dieses erstc Nucleotid ist das
dung desjenigen Nucleotids erlauben. das das richtige Watsoneinzige, das als Triphosphat in die Kette eingebaut wird, d. h.
Crick-Basenpaar ergibt (Abb. 3a). In diesem Fall wird die
ohne Vcrlust des p- und des y-Phosphoratoms.
RNA wahrscheinlich mit dem freien Strang der DNA-Matrize
Ini allgemeinen ist das Start-Nucleotid ATP oder GTPIL7’
eine kurze Hybridhelix bilden, die aber wahrend der PolymeriEs ist denkbar, darj diese Spezifitat ein Merkmal aller vom
A ~ l g e w .Cheni. N7. Juhrq. IY75 ! N r . 14
499
sation durch Riickbildung der stabileren DNA-DNA-Helix
ersetzt wird.
bl
1662 3 1
3'
5'
Abb. 3. Modelle fiir die Wechselwirkung eines wachsenden RNA-Molekuls
a ) mit niir einem Strang. b) mit beiden StrPngen der Matrizen-DNA. Bei
a ) liegt die D N A in der A-Form, bei b) in der B-Form vor.
Beim alternativen M0de11'~'~trennen sich die beiden DNAStrange nicht vollig, sondern die RNA wird in der tiefen
Furche der Doppelhelix gebildet, indem die monomeren Ribonucleotide sich an beide Basen jedes Basenpaares binden. Die
spezifischen Wechselwirkungen bei dieser Art Bindung sind
an Molekiilmodellen zu dem~nstrieren[~*l
(Abb. 3 b).
Der wesentliche Unterschied zwischen diesen beiden Modellen ist, daB entweder ein Einzelstrang oder aber beide Strange
als Matrize benutzt werden. Der starkste Beweis zugunsten
des ersten Modells ist, daB einzelstrangige DNA als Matrize
dienen kann; demnach nutzt das Enzym die Watson-Crick-Basenpaarung zur Wechselwirkung aus1351.
Jedoch sprechen das
langsame Kettenwachstum und der hiiufige Kettenabbruch
an einzelstrangiger DNA dafur, daB der zweite DNA-Strang
ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Stabilisierung dieser
Wechselwirkung spielt. Da beide Modelle eine Verdrehung
und teilweise Entspiralisierung der Helix erfordern, genugt
die Tatsache, daB RNA-Polymerase die DNA zur Aufdrehung
nicht zur Stutum etwa 180" pro Enzymmolekiil ~erankdBt[~",
zung eines der beiden Modelle. Es ist vielmehr notig, die
Beteiligung entweder nur eines oder beider Strange als Matrize
zu zeigen, doch dieser Beweis ist erst noch zu fuhren.
3. Die Selektivitat der Transkription
stabilisieren und die unspezifische Wechselwirkung, die die
RNA-Polymerase mit praktisch jedem Bereich der DNA eingehen kann, zu destabiiisieren. Urspriinglich hatte man vermutet,
daR der o-Faktor direkt die Erkennung einer bestimmten
DNA-Region ~ t e u e r t [ ~es* ~konnten
;
aber keine weiteren crFaktoren gereinigt werden, die der Aktivitat der Core-RNAPolymerase deutlich verschiedene Spezifitaten aufpragen. Daher steht eine starke Stiitze dieser Anschauung noch aus.
Ein zweiter o-Faktor ist a m E.coli als Bestandteil einer
kleineren RNA-Polymerase-Fraktion isoliert worden. Dies
neue, 0' genannte Protein besitzt das Molekulargewicht 56000
und biiidet sich fester an das Core-Enzyni als der o-Faktor14'l.
o' erfullt wahrscheinlich die gleichen Funktionen wie o : o
steigert die Aktivitat des mit 0 ' gesattigten Enzyms nicht
weiter. In der Spezifitat konnten keine Unterschiede gefunden
werden, wenn man davon absieht, daB o' die Neusynthese
von Ribohomopolymeren und die DNA-abhiingige Synthese
von Polyadenylsaure besser k a t a l y ~ i e r t ' ~In~der
! GroBe ahnelt
0 ' aus Escherichia coli dem zusammen rnit RNA-Polymerase
aus Bacil/t/s suhtilis isolierten 0. Da der o-Faktor aus E.c,o/i
den o-Faktor aus B. subtilis ersetzen kann, scheint die grundlegende Wechselwirkung zwischen Faktor und Core-Enzym in
verschiedenen Bakteriendrten konserviert worden zu ~ e i n [ ~ ~ I .
Das Modell zur Erkennung der Initiationsstelle der DNA
durch RNA-Polymerase, wie man es sich gegenwartig vor~tellt'~"',
sieht vor, daB das Enzym an zufalligen Stellen der
DNA-Molekule rasch assoziiert und wieder dissoziiert, bis
es eine besondere Stelle erkennt, an der es einen festen binaren
Komplex bildet (Abb. 4). Dieser Komplex steht im Gleichgewicht mit einem aktivierten Komplex, in dem die DNA-Strlnge sich aufdrehen und die DNA-Basen freigeben. Am aktivierten Komplex kann das Enzym eine RNA-Kette beginnen.
Viele Aspekte dieses Modells lieljen sich stiitzen, indem man
die Bindung von RNA-Polymerase an DNA des Phagen T 7
in Abwesenheit von Nucleosidtriphosphaten und die fiir einen
raschen Kettenstart an RNA-Polymerase-DNA-Komplexen
notigen Voraussetzungen untersuchte. Das Schema berucksichtigt nicht, welchen EinfluR die Nucleosidtriphosphate auf
die Bindungs- und Erkennungsschritte haben, doch darf man
annehmen, daB das Enzym auch ohne Beteiligung von Nucleotiden sehr dicht an der Initiationsstelle binden kann.
spez Kornplex
k
0
NTP
t
3.1. Initiation
Die Synthese spezifischer RNA-Molekiile ist das Ergebnis
einer Initiation und Termination der Transkription an spezifischen Punkten der DNA-Matri~e[~'].Die DNA-abhiingige
RNA-Polymerase aus E. coli ist in der Lage, die auf der DNA
zur Initiation vorgesehene Stelle auszuwahlen; die Initiation
erfolgt nicht zufallig, und in Gegenwart des o-Faktors konnen
die Initiationsstellen normale Doppelhelixabschnitte der DNA
sein. Auch das Core-Enzym hat eine begrenzte Fahigkeit zum
Start der Synthese einer spezifischen RNA; es kann bestimmte
einzelstriingige Abschnitte dazu benutzen und vielleicht auch
doppelstrangige Segmente zu einem - langsamen Start heranziehen. Die Hauptfunktion des o-Faktors besteht darin, die
Wechselwirkung zwischen Enzym und Initiationsstelle zu
~
500
RNA - Synthese
aklivierter
DNA
Kornplex
unspez- Kornplex
Abb. 4. Modell der Erkennung und Aktivierung des lnitiationsortes auf
der D N A durch RNA-Polymerase (Kreis). N T P = beliebige Nucleosidtriphosphate (verandert nach [40]).
Das genetische Element, das wahrscheinlich uber die Initiation einer RNA-Kette entscheidet, heifit Promoter[4s1:Mutationen im Promoter-Bereich beeinflussen die Geschwindigkeit
der Transkription der von diesem Promoter gesteuerten genetiA11qiw. Chem. 87. J u h r g . I Y 7 5 i N r . 14
wandt mit der h-DNA, aber ininiun gegen die Wirkung des
schen Einheit. Zwei solcher niutierten Promoter, die die Tranh-Repressors i ~ t [ ~ ' ] .
skription des N-Gens im h-Phagen bestinimen, wurden etwa
Repressor-Molekule binden sich bekanntlich sehr fest und
33 Nucleotide von der DNA-Sequenz entfernt kartiert, die
an die Operator-Gene einer DNA. Da diese Operadas 5'-Ende der RNA-Kopie des hN-Gens s p e z i f i ~ i e r t ' ~ ~ - ~ ~ ] spezifisch
.
tor-Bereiche jenen Bereichen naheliegen oder mit ihnen uberObwohl demnach der Promoter-Ort mit der DNA-Sequenz,
lappen, die die RNA-Polymerase zur Initiation der Synthese
deren Transkription er kontrolliert, weder zusammenfallt noch
der vom Repressor kontrollierten genetischen Einheit erkennt,
ihr unmittelbar benachbart ist, liegt er doch innerhalb der
ist es gut denkbar, dalj die Repressor-Bindung rein physika40 Basenpaare, die wahrscheinlich von einem einzigen RNAlisch die Wechselwirkung rnit der RNA-Polymerase verhindert.
Polymerase-Molekul bedeckt werden konnen. Der Promoter
ist damit nahe genug, um direkt die Fahigkeit des Enzyms
Am h-Repressor lieB sich dies d e m o n ~ t r i e r e n [ ~ ~ ] .
zu beeinflussen, Matrizensequenzen zum Start eines RNA-MoAls andere Moglichkeit konnte der Repressor das Enzym
lekuls abzulesen.
auch daran hindern, die von ihm besetzte DNA-Stelle zu
passieren oder sich weiterzubewegen;auch fur diese WirkungsDer DNA-Abschnitt zwischen dem Beginn der N-Gen-Ko~ ' . in Abb. 5 angegebenen
pie und den Promoter-Mutationen ist sequenziert w ~ r d e n [ ~ ~ ] ; weise gibt es einige H i n ~ e i s e ' ~Die
die Sequenz zeigt mehrere zweizahlige Drehachsen (Abb. 5).
Sequenzen der h-DNA enthalten eine vom h-Repressor
erkannte Stelle. In diesem Fall scheint dieTranskription gerade
Manche dieser symmetrischen Stellen werden moglicherweise
auBerhalb der vom Repressor erkannten Region zu starten.
von regulatorischen h-Proteinen einschlieljlich des h-RepresDagegen schlieljt das Transkriptionsprodukt eines Lactosesors erkannt, und eine von ihnen kann fur die Erkennung
Operons mit einer besondersaktiven Promoter-Mutation auch
durch RNA-Polymerase wichtig sein. Wenn dies der Fall ist,
die Sequenzen des Lactose-Operators ein[5615 7 ! Daher
gibt es wahrscheinlich auch eine Symmetrie in der RNA-Polyscheinen Repressor-Operator-Wechselwirkungen die Tranmerase-Struktur; sie muI3te die a-Untereinheit einschlieDen,
skription der von ihnen regulierten Einheit auf mehreren Weweil dies die einzige doppelt vorhandene ist. Eine Stelle dieser
gen zu beeinflussen.
h-DNA-Sequenz, die durch die Hind-11-Restriktionsnuclease
Es sind zwei Faktoren isoliert worden, die die Transkription
erkannt wird, ist ebenfalls in Abb. 5 eingezeichnet. Wenn
bestimmter genetischer Bereiche spezifisch aktiuirren. Einer
RNA-Polymerase an h-DNA gebunden ist, so kann die Reist das Produkt des Gens C im Arabinose-Operon von Ecoli.
striktionsnuclease die &DNA nicht mehr an dieser Stelle spalDies Protein stimuliert in Gegenwart von L-Arabinose die
tenL4',491. Auch andere Stellen der h-DNA und einiger anderer
Transkription der fur die Enzyme des Arabinose-Stoffwechsels
DNA-Molekiile sind durch Bindung von RNA-Polymerase
codierenden DNA-Abs~hnitte[~',
591; seine Wirkungsweise ist
gegen die Nucleaseaktivitat des Restriktionsenzyms genoch ungeklart. Der andere Faktor, der unter Namen wie
s c h i i t ~ t [ ~Allerdings
~!
werden die meisten der auf diesen DNA,,Katabolit-Gen-Aktivatorprotein" oder ,,cyclo-AMP-RezepMolekulen durch die Nuclease erkannten Stellen nicht durch
torprotein" bekannt ist, wird zusammen rnit seinem allosteriRNA-Polymerase geschutzt. Offenbar geniigt eine fur die Nuschen Effektor 3' : 5'-cyclo-AMP unter anderem zur Transkripclease ausreichende Sequenz noch nicht als komplette Erkention von Sequenzen benotigt, die fur die Proteine der Lactose-,
nungsstelle fur RNA-Polymerase; immerhin konnte die SeGalaktose- und Arabinose-Verwertung codieren16"! Dieser
quenz zumindest fur eine Art von Polymerase-Bindung notFaktor bindet sich an DNA und erfordert 3' : 5'-cyclo-AMP
wendig sein.
zur Funktionsfahigkeit'"]. Man hat vorgeschlagen, dalj er
die Aktivierungstemperatur zum Aufwinden der DNA an IniN-Gen
Hind
tiationsstellen der betroffenen Transkriptionseinheiten herab1
5' G A T G T F C T C A G T A T C A C C G C C A G T G G T A T T T m T G T C R A C 3
setzt
C T A C A C G ~ G ~A C ~ ~ l
l
G A~~~~ ~ C A G Y~ T 6 5~
~
~ r40! C
~
3'
Es gibt auljerdem mehrere Proteinfaktoren, an denen sich
JEA
eine Aktivierung der Transkription von DNA-Matrizen zeigen
Abb. 5. Nucleotidsequenz einer h-Operator-Promoter-Region (nach 1481).
lie& doch ist die Rolle der meisten dieser Faktoren unbeAn der markierten Stelle links (GAT) beginnt die Transkription des N-Gens.
Es lasscn sich mehrere zweizlhlige Drehachsen angeben. Der vertikale Pfeil
kanntC4"1. Einige Proteine, die zur Aktivierung von Genaboben kennzeichnet die Drehachse fur die umrandeten Sequenzen: zwei weitere
schnitten auf T4-DNA benotigt werden, haben sich als UnLlrehachsen sind unter der Seqitenz angedeutet. Die Spaltstelle fur Hind-Retereinheiten der aus T4-infizierten E.-coli-Zellen isolierten
striktionsnuclease ist ebenfalls eingezeichnet. R = Purinnucleotid, Y = Pyrimidmnucleotid.
RNA-Polymerase erwiesenfh2h3! Wiederum ist nicht bekannt,
wie die Proteine diese Aktivierung zustandebringen.
Obwohl man keine o-Faktoren mit nachweisbaren Spezifitatsunterschieden kennt, gibt es viele Proteine, die zusammen
3.2. Termination
mit dem Holoenzym die Selektivitat der Transkription beeinAn Bakterien- und den grol3eren Bakteriophagen-Genomen
flussen. Die am besten charakterisierten Proteine dieser Art
sind die Repressoren dcs Lactose-[50] und Galaktose-Opeist ein spezifischer Abbruch der Transkription erforderlich,
ronsl5 sowie fur die fruhen Transkriptionseinheiten der DNA
um das fortgesetzte Kopieren einer genetischen Einheit in
des Bakteriophagen h["]. Diese Repressoren verhindern spezieine benachbarte zu unterbinden, die unabhangig kontrolliert
fisch die Transkription der von ihnen kontrollierten Genorte.
sein sollte. Die E.-coli-RNA-Polymerase erkennt offenbar beAn einer Bakteriophagen-DNA, die Sequenzen des Lactosestimmte DNA-Sequenzen als Terminationssignale, da viele
Operons trlgt, blockiert der Lactose-Repressor nur die Trander in vitro synthetisierten Transkriptionsprodukte wohldefiskription dieser Sequenzen und nicht die der Bakteriophagennierte Molekule sind, die einer bestimmten genetischen Einheit
Genef5'I. Ebenso heninit der h-Repressor spezifisch die Trander DNA e n t s p r e ~ h e n ' ~ ~Die
! Spezifitat der Termination
druckt sich auch in einer charakteristischen Sequenz
skription der ersten h-DNA-Abschnitte, aber nicht die Transkription von DNA des Bakteriophagen 434, die nahe ver-U-U-U-U-U-U aus, die am oder nahe dem 3'-Ende mehrerer
7
Anyew. Chem. /
St
87. Jahry. 1975 f N r . 14
501
in vitro synthetisierter RNA-Molekule gefunden wurde; in
den meisten Fallen heiljt diese Sequenz -Purinnucleotid-(U),AOH[h4.
651
PT
2
Abb. 6. Modell fur die Funktion des p-Faktors. P.T. und P.I. markieren
genetkche Positionen fiir Tcrminations- bzw. Initiationssignale der Proteinsynthese. In 1 nihert sich wachsendeRNA rnit Ribosomen einer Terminationsstelle. In Zustand 2 wird am Stopsignal der Proteinsynlhese I1IAb.i auf
der uachsenden RNA ein Rihosom entlassen, und die RNA-Polymerase
(gro8er schworzer Kreis) produziert einen C-reichen RNA-Strang. In Zustand
3 sind als Folge einer Erkennung der C-reichen Region durch p RNA und
RNA-Polymerase freigesetzt worden; ein Molekiil p haftet noch a m C-reichen
RNA-Abschnitt. 4 zeigt cine wachsende RNA. deren Synthese nicht durch
p beendet wurde. Wenn das Terminationssignal (P.T.) in einem Cistron
IStrukturgen) als Folpe einer L L I eincni ..Nonsense"-Codon I'ihrenden Mut;ition auftaucht, hat p die Miiglichkeit, an C-reichen Abschnitten der wachsenden RNA zu wirken, die normalerweise wihrend der Translation durch
Rihosomen verdeckt oder hlockiert wiren. Dies Modell erklirt auch die
durch Nonsense-Codons erzeugte starke Polaritat.
Es gibt noch mindestens eine weitere Art Terminationssignal. Dies Signal wird in Gegenwart eines zusiitzlichen Proteins, des p-Faktors, erkanntih6! In diesem Fall gibt es jedoch
Hinweise, dalj eine Nucleotidsequenz der RNA und nicht der
DNA erkannt ~ i r d " ~ Einige
].
neuere Experimente deuten darauf hin, daR p mit spezifischen Sequenzen wachsender RNAMolekule in Wechselwirkung tritt und eine Nucleosidtriphosphat-Phosphohydrolase (oder -Phosphotransferase) aktiviert,
die fur den durch den p-Faktor induzierten Abbruch der
RNA-Synthese wesentlich istl". 'I. Diese Sequenz liegt vielleicht nahe, aber nicht genau am Ende der fertigen RNA-Kette,
weil es unwahrscheinlich ist. dalj auch p noch in das Polymerisationszentrum der RNA-Polymerase passen wurde. Aus Untersuchungen uber den EinfluR von p auf die Transkription
der DNA-Abschnitte des gal- und lac-Operons hat man geschlossen, daR die Funktion von p vielleicht darin besteht,
die Ubersetzung der Gene am Ende einer Transkriptionseinheit zu vermindern, verglichen mit den Genen nahe dem Beginn
einer Tran~kriptionseinheit[~~].
Ein Modell fiir die Funktion
von p ist in Abb. 6 dargestellt.
4. Reifungsprozesse nach der Transkription
Die Synthese vieler RNA-Molekule erfordert noch weitere
biochemische Schritte im AnschluB an die Transkription der
RNA-Nucleotidsequenzen von der DNA-Matrize. Darunter
fallen die Abspaltung uberzahliger Nucleotide von den Transkriptioiisprodukten, die Modifizierung einiger Nucleotide und
in einigen Fallen ein Anbau von Nucleotiden an das 3'-Ende
der RNA in einer nicht von DNA-Matrizen abhangigen Reaktion.
4.1. Die Entfernung uberzahliger Nucleotide
Die besten Beispiele fur die Spaltung bestimmter Sequenzen
stammen aus Untersuchungen uber die Synthese ribosomaler
502
RNA in eukaryotischen Zellen[711.In HeLa-Zellen leiten sich
beispielsweise die 18S-, die 28s- und die 7s-rRNA von einem
einzigen Vorlaufermolekul ab, das beinahe doppelt so groa
ist wie die rRNA-Produkte zusammengenommen. Dieser Vorlaufer hat lange Bereiche von RNA-Nucleotiden, die beim
ReifungsprozeR abgebaut werden.
In Bakterien liegen die Sequenzen fur die 16s- und 23SrRNA ebenfalls in einer Transkription~einheit[~~I,
aber in diesem Fall Isfit sich eine RNA, die sowohl vollstandige 16Sals auch 23s-rRNA-Sequenzen enthalt, kaum entdecken, weil
der Teil rnit der 16s-rRNA-Sequenz schon abgespalten wird,
ehe der 23s-Abschnitt fertiggestellt ist. Deutliche Mengen dieses ,,langen" RNA-Molekuls lassen sich jedoch in einer Mutante mit verringertem Gehalt an Ribonuclease 111 finden, einer
fur doppelstrangige RNA spezifischen E n d o n u ~ l e a s e ~Dies
~~~].
weist darauf hin, dalj RNase 111 fur die Abtrennung des Teils
mit den 16s-Sequenzen vom Teil rnit den 23s-Sequenzen verantwortlich ist. Weitere Schritte bei der Reifung der ribosomalen RNA in E.co/i betreffen die Entfernung einiger weniger
zusatzlicher Nucleotide an den 5'- und 3'-Enden der getrennten
Vorlaufer. lnsgesamt werden etwa 22 der Nucleotide des
ursprunglichen Transkriptionsproduktes abgeba~t['~!Demnach bleibt in E.coli ein grofierer Teil der transkribierten
ribosomalen RNA erhalten als in HeLa-Zellen.
Die Synthese von tRNA-Molekulen scheint ebenfalls nach
dem Muster von Spaltung der Kette und Entfernung zusatzlicher Nucleotide zu erfolgen. Auf den Chromosomen von
und des Bakteriophagen T4[76.7 7 1 liegen mehrere
Gene fur tRNA-Molekule in einem Cluster zusammen. Wenn
man nur kurze Zeit radioaktiv markiert, so ist es auch moglich,
markierte RNA-Molekule zu finden, die die Sequenzen fur
zwei oder mehr tRNA-Molekule enthalten. Da Segmente mit
Sequenzen fur noch andere tRNA schon wahrend der RNAPolymerisation abgespalten worden sein konnen, enthalt die
Transkriptionseinheit fur tRNA vielleicht Sequenzen fur mehrere Spezies zuzuglich Verbindungsstucken, die abgebaut werden, wenn die primare Kopie in fertige tRNA-Molekule umgcwandelt wird. Eine Darstellung dieser Schritte enthalt Abb.
7.
Endo- und ExonucleaseSpaltung , Modifizierung
Mononucleotide
Abh. 7. Verarbeitung eines Transkriptlonsproduktes, das Sequenzen fur die
beiden fertigen tRNA-Molekiile t R N A l iind tRNAz enthalt. Die Kreise am
5'-Ende deuten den Triphosphatrest an.
Die lsolierung eines Vorllufers der tyrosinspezifischen
tRNA (ptRNArYr)aus E.coli hat es moglich gemacht, einige
der an der Entfernung zusatzlicher Nucleotide vom 5'- und
3'-Ende des Vorlaufers beteiligten Enzyme zu bestimmen. Eine
RNase P (fur ,,precursor") genannte Ribonuclease wurde in
Angm.
Chrni.,i87. Juhrrg. 1975 !N r . 1 4
diesem System identifiziert [781; es sind auch warmeempfindliche Mutanten dieses Enzyms isoliert ~ o r d e n [ ’ ~Wenn
l.
man
sie bei der restriktiven Temperatur inkubiert, reichern diese
mutierten Stamme Vorlaufer an, die bis zu vier tRNA-SequenZen im gleichen RNA-Molekul enthalten.
Auch bei der Umwandlung der in den Zellkernen eukaryotischer Zellen gefundenen Gen-Kopien in die Messenger-RNAMolekule, die man im Cytoplasma der Zellen findet, sollen
Spaltungsreaktionen sehr wesentlich seinLXo1.
Die meisten nuclearen RNA-Molekule sind vie1 groBer als die mRNA eukaryotischer Zellen ;fur die ersteren wurden Molekulargewichte
biszu 2. lo’gefunden, wahrend selbst die groBten mRNA-Molekule weniger als ein Zehntel dieser GroRe erreichen. Die
nuclearen RNA-Molekule sind auch metabolisch sehr labil;
uber 90 der im Kern synthetisierten groReren RNA-Molekule werden dort auch wieder zerlegt, und nur ein geringer
Anteil wird ins Cytoplasma transportiert. Diese Fraktion
scheint aus etwa 10 der RNA-Kette des nuclearen Molekiils,
und m a r dem 3‘-endstandigen Teil, zu bestehen, und wird
als die Quelle fur mRNA betrachtet.
Ein endgultiger Beweis fur eine spezifische Vorlauferspaltung im Falle bakterieller mRNA fehlt noch. In vitro werden
aber viele Bakteriophagen-mRNA-Molekule als lange Transkriptionseinheiten synthetisiert. Die in vitro mit E.-coli-RNAPolymerase gebildete RNA des T7-Phagen hat ein Molekulargewicht von 2.5.106[’11, doch die fruhe T7-Spezies, die man
nach Infektion in normalen Zellen findet, ist erheblich kleiner.
Wenn allerdings T7 einen E.-coli-Stamm mit einer defekten
Ribonuclease I11 infiziert, so ist die T7-RNA ebenso groR
wie das in-vitro-Produkt[8Z1.Daher durfte Ribonuclease 111
an der Verarbeitung sowohl von mRNA als auch von rRNA
beteiligt sein.
4.2. Modifizierung von Nucleotiden
Bei der Reifung vieler RNA-Molekiile werden einige Nucleotide im primaren Transkriptionsprodukt modifiziert. Beispiele
solcher modifizierten Nucleotide sind in Abb. 8 zusammengestellt. Modifizierungen kommen bei der Synthese von tRNAMolekulen besonders haufig vor, sind aber auch bei der Synthese ribosomaler RNA-Molekule und vielleicht bei der SynX
n
O
Abb. 8. Strukturenvon Uridin ( I ) sowie Adenosin ( 5 ) und ihren modifizierten
Derivaten 4-Thiouridin (Z), Pscudouridin (5-~-D-Ribofuranosyluracil)( 3 ) ,
5,6-Dihydrouridin ( 4 ) bzw. Nh-(2-tsopcntenyl)adenosin (6).
A n g e w Chcm. J H7. Juhry. 1975
1 Nr.
14
these einiger mRNA-Molekiile wichtigrS3-851. Die haufigste
Veranderung ist die Einfuhrung ‘einer Methylgruppe in ein
Nucleotid. Der Donor solcher Methylgruppen ist S-Adenosylmethionin; die Reaktionen werden durch spezifische Enzyme
(Methyltransferasen) katalysiert, die ein zu modifizierendes
Nucleotid in einer bestimmten Umgebung erkennen. Als Produkte entstehen vorwiegend Methylderivate der Basen, doch
werden auch einige 2’-O-Methylderivate der Ribose und einige
Dimethylverbindungen gebildet.
Eine weitere bedeutsame Modifizierung ist die Isomerisierung bestimmter Uridylat- zu Pseudouridylatresten. Fast jedes
tRNA-Molekiil enthalt mindestens einen Pseudouridinrest,
viele haben zwei oder mehr. Das Isomere wird ferner in ribosomaler RNA von Eukaryonten und Prokaryonten gefunden.
Aus E. colt ist ein Enzymsystem isoliert worden, das die Isomerisierung von Uridylatresten in tRNA-Molekulen katalysiertLs3],und man kennt Mutanten von Salmondla typhimur i m , denen diese Enzyme fehlen. Derartige Mutanten haben
Defekte in der Regulation der Biosynthesewege bestininiter
Aminosauren[8h1.
Weitere Modifizierungsreaktionen scheinen ausschlieI3lich
bei tRNA-Molekulen vorzukommen wie die Umwandlung
von Uridin in Thiouridin, die Reduktion bestimmter Uracilbasen zu Dihydrouracil sowie die Einfuhrung eines Isopentenylrestes in die 6-Aminogruppe von Adenosinen in der Nahe
bestimmter Anticodons. Viele dieser Veranderungen sind fur
die Funktion der Molekule essentiell, andere haben eine noch
unbekannte Bedeutung.
Sowohl in tRNA als auch in rRNA konnen einige der
Modifizierungen schon an den groBeren Vorlaufern geschehen.
Allerdings ist die unmodifizierte tRNAIY‘ BUS E.co/i nach
dem Zuschnitt auf ihre richtige Crone ein besseres Substrat
fur die Modifizierung als ihr groRerer Vorlii~fer[’~~,
und zu
einigen Modifikationen an rRNA kommt es erst, nachdem
bestimmte ribosomale Proteine gebunden w~irden~’~1.
Obwohl
also die Nucleotide schon in den ersten Transkriptionsprodukten modifiziert werden konnen, scheint die Vervollstandigung
all dieser Reaktionen doch einer der letzten Schritte bei der
Reifung von tRNA- und rRNA-Molekulen zu sein.
4.3. Die Anftigung von Nucleotiden
SchlieBlich gibt es einen wichtigen, aber noch nicht restlos
verstandenen Reifungsschritt an einigen RNA-Molekulen, der
zur Anfugung von Nucleotiden an das 3’-Ende der RNA fuhrt;
er wird durch terminale Nucleotid-Transferasen katalysiert,
die keine DNA-Matrize brauchenlso! Viele der groRen nuclearen RNA und die mRNA in eukaryotischen Zellen haben
Polyadenylsiiure-Sequenzen am 3’-Ende, die 150 bis 300 Nucleotide lang sind. Ein Beweis dafur, daR diese Adenylatreste
in einer Reaktion nach der Transkription ankondensiert werden, liegt darin, daR entsprechende Matrizensequenzen fur
ein 300 Nucleotide langes Poly-A-Stuck in der DNA nicht
zu finden sind; ferner, daB Enzyme aus Zellkern wie Cytoplasma vieler verschiedener Zellen die Anfugung von Adenylatresten an RNA katalysieren, und schlieRlich, daR einige Drogen
selektiv die Synthese der Poly-A-Sequenzen hemmen. Die genaue Funktion dieser Poly-A-Abschnitte ist noch nicht klar,
doch ihre Ankondensation scheint ein notwendiger Schritt
fur die Reifung einiger mRNA-Spezies in hoheren Organismen
zu sein. Die Tatsache, daR man sie am 3‘-Ende sowohl von
groRer nuclearer RNA als auch von mRNA-Molekulen findet,
503
ist ein weiterer Beweis dafiir, daR das 3'-Ende der nuclearen
RNA ein Vorlaufer der mRNA ist. Zwar wurdeauch in Bakterien ein Enzym gefunden, das den Anbau von Adenylatresten
an RNA katalysieren kann, doch gibt es bisher keinen Hinweis
darauf, daR derartige Sequenzen in irgendeiner bakteriellen
RNA vorkonmen.
Bakterien und andere Organismen haben auch Enzyme,
die Cytidylsiure- und Adenylslurereste an tRNA-Molekule
anfiigen konnen, denen die fiir alle reifen tRNA-Molekiile
typische Sequenz -C-C-Aort am 3'-Ende fehltls81. Die eine
sequenzierte Vorliiufer-tRNA, ptRNATYr aus E.coli, enthilt
allerdings die -C-C-A-Sequenz der fertigen tRNA in sich18"1.
Die Funktion der den Wiederanbau katalysierenden Enzyme
besteht daher vielleicht nur darin, dies Ende wieder zu erganZen, wenn es wahrend des Zuschnitts verloren gehen sollte.
lmmerhin ist nicht gesagt, daB die -C-C-AoH-Sequenz in den
primlren Genprodukten aller tRNA bereits vorliegt. In solchen Fallen ware die enzymkatalysierte Ankondensation nach
der Transkription ein wesentlicher Reifungsschritt der tRNAMolekiile.
H e w n Dr. 7: Blumenthal danke ichfiir eine kritische Durchsicht tlieses Fortschrittsherichtes. Die hier gesclzilrlerten eiyenen
Arheiten werden durch einen Career Development Awurd ( G M 70. 4 2 2 ) tler U . S. National Institutes of Health unterstiitzt.
Eingegangen am 30. Oktober 1974 [A 621
Ubersetzt van Prof. Dr. Harimut Follmanii, Marburg
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