Molekulare Genetik und Regulationsphysiologie der Tiere

• ca. 80% rRNA
• 15% tRNA
• 1-5% mRNA
• Rest: non-coding (small) RNAs

Mikro RNAs sind kleine RNA Stuecke die die postranskriptionelle Regualtion zur Aufgabe haben, in dem sie zum Beispiel mRNA binden und verhinder das diese Translatiert werden kann.

Transkription

• Trankription durch RNA Pol II oder III, inklusive Cap und Poly-A-Tail
• Die pri-RNA (primary RNA) lagert sich zu einer Haarnadel zusammen

Mikroprozessor

• Drosha und das dsRNA Bindeprotein DGCR8 formen einen Mikroprozessor Komplex
• DGCR8 bildet dabei einen Dimer der Drosha bindet und festlegt an welcher Stelle Drosha die RNA schneidet.
• Zum schnieden besitzt Drosha Rnase Domains. Drosha scneidet  das 5' Ende zwei Basen hoeher als das 3' Ende sodass sich ein 3' Ueberhang formt.
• Diese geschnittene RNA mit 3' Ueberhang nennt man auch precursor microRNA (pre-miRNA)

Nuclear Export

• pre-mirRNA wird durch Exportin-5 welches den 3' Ueberhang erkennt aus dem Nukleus transportiert.
• Die geeschiet in Anwesenheit von RAN-GTP als Kofaktor unter Energieverbrauch zu GDP

Dicing

• Nach dem Transport aus dem Nukleus wird die pre-miRNA durch das Dicer Protein erneut geschnitten.
• Dabei wird der 3' Ueberhang durch die PAZ Domain erkannt
• Die RNA wird so geschnitten das der Hairpin-Loop abgetrennt wird und man einen maturen miRNA Strang und einen Passenger Strang erhaelt. Auch hier bildet sich ein 2 Basen 3' Ueberhang beim schneiden.

AGO Loading (Argonaut Proteine)

• z.B Ago2 bindet miRNA, es besizt wie Dicer auch eine PAZ Domain die den 3' Ueberhang erkennt
• Fuer das Loading ist ausserdem das HSC70-HSP90 Protein essentiel, es fungiert als eine Art Chaperon

RISC (RNA induced silencing Komplex) Bildung

• Bei der RISC Bildung kommt es zum Unwinding un die Passenger RNA wird aus dem AGO Protein entfernt
• RISC fuehrt dann die eigentlich postrankriptionelle Regulation durch

Der hier beschriebene Weg ist der kanonische. Es gibt auch noch weitere Wege zur miRNA Biogenese. Unter anderem ist der Dicer independent Weg relativ haeufig. Es gibt aber auch Wege die weder Drosha noch DGCR8 verwenden.

Endonucleolytic cleavage

• Bei perfekter Uebereinstimmung von der miRNA Sequenz mit der Zielseqeunz, spaltet das AGO Protein die RNA
• Haeufig in Pflanzen, selten in Saeugetieren und Menschen

Deadenylation und Degradation

• miRNA stimmt nicht genau mit der Zielsequenz ueberein
• Es kommt zur Bindung von zwei weriteren Proteinkomplexen an AGO wodurch der Poly-A Schwanz abgetrennt wird
• Ohne Poly-A Schwanz erfolgt keine Translation und die mRNA wird relativ schnell von der Zelle degradiert

Inhibition des Translationsstarts

• Analog zu Deadenylation bindet das AGO Protein zwei weitere Proteine, die verhindern das PABC (Poly A Binding Protein Komplex) sich an den Translationsinitiationsfaktor bindet
• Die Translation startet gar nich erst

Inhibition nach dem Translationsstart

• Hier beginnt die Translation zwar aber das AGO Protein bewirkt, dass das Ribosom relativ schnell wieder von der mRNA abfaellt
• Es bilden sich nur kurze Peptidsequenz die von der Zelle degradiert werden

Stimulation der Translation

• miRNA koennen auch die Translation verstaerken, in dem das AGO Protein zum Beispiel FMR1 bindet

Wichtig ist vor allem die Seed Region. Dies sind die Positionen 2-7 (also 6 nt). Wenn diese von der mRNA erkannt werden kann die miRNA ihre Funktion.

RNA Sequenzen die Variationen im Vergleich zur eigentlich erwarteten miRNA Sequenz aufweisen. Dies koennen zum Beipiel Nukleotid Substitutionen oder Additionen sein, sowie hinzugefuegte Basen am 5' oder 3' Ende.

Eine miRNA hat mehrere mRNAs als Ziel und eine mRNA wird von mehereen miRNAs getargeted. Die miRNA hat also auch off target Effekte, aber wie wollen eigentlich nur das Core Network beeinflussen. Um den Druck auf das Core Network zu erhoehen und gleichzeitig die off target Effekte gering zu halten sind Iso miRs nuetzlich fuer die Zelle

tRNAs und snoRNAs. Beide haben nicht so einen hohen Stellenwert wie die miRNAs, bilden jedoch Hairpin Strukturen aus, welche von DGCR8 und Dosha erkannt werden, und dann analog z.B den kanonischen Weg durchlaufen.

• rRNAs, tRNAs
• snRNA (small nuclear RNA)
• snoRNA (small nucleolar RNA)
• Telomerase RNA
• Xist
• piRNA
• miRNA