Bakteriengenetik Teil 9

• Rho-abhängige Termination
• Rho-Faktor bindet an mRNA-Concensus Region am 5‘-Ende der mRNA. Der Rho-Faktor ist eine ATPase Komplex, welcher unter ATP die mRNA nach oben zieht bis er in Kontakt mit der RNA-Polymerase kommt. Kommt es zu diesem Kontakt, so fällt die RNA-Polymerase ab
• Terminationseffizienz: 100%

Proteine, die Termination verhindern durch die gleichzeitige Bindung an DNA und mRNA à dadurch binden sie gleichzeitig an RPo und Terminator und es kommt nicht zu einem Abbruch der Elongation à Transkription über ein Operon hinaus

Schigimat-Weg der AS-Synthese: Enzyme der Trp.-Synthese besitzen alle gleiches Operon

• upstream des 1. Gens liegt „Kontrollregion“ auf mRNA, bestehend aus Promotor::Operator::Leader::Attenuator::----Gene für Enzyme----->; bei Deletion erhöhte Transkription des nachfolgenden Gens
• Attenuator ist G-C-reiche Region mit Poly-U; ähnlich der Terminatorformation mit hairpin + Poly-U
• Ausbildung unterschiedlicher Strukturen des Attenuators + Leader, meistens unterschiedliche Anzahl/Größe an hairpins; können als Terminator fungieren
  • Bsp. Tryptophan: bei Abwesenheit von Trp stoppt RPo kurz an Trp-Codon, keine Ausbildung eines 2. hairpins; bei Anwesenheit von Trp rückt RPo weiter, es kommt zu einer Anlagerung des Poly-U an vorher durch freien Strang gebundenen Strang à hairpin und Ablösen der RPo

• SD-Sequenz ist AG-reich à Positionierung der 16S rRNA wird erreicht durch Abstand zwischen SD-Sequenz und AUG-Initiations-Sequenz
• Regulation durch den Abstand: je größer/kleiner der Abstand, desto schlechtere Bindung der 16S rRNA
• Komplementarität der SD-Sequenz zur 16S rRNA

• Bindung eines Repressors an mRNA, sodass SD_Sequenz verdeckt wird
• Bsp: Threonyl-tRNA-Synthase: erkennt seine eigene große 5‘-UTR als Substrat an (ähnliche Sekundärstruktur wie tRNA selbst), bindet diese und verdeckt damit die SD-Sequenz

• Codon-Usage unterschiedlich (Nutzungsgrad der Codons unterschiedlich, resultierende geringere tRNA-Konzentrationen bestimmter Codons)
• Promotor wird nicht erkannt
• SD-Sequenz nicht im richtigen Abstand zu Initiations-Sequenz oder keine Erkennung durch zu hohe Basenunterschiede zu 16S-rRNA

• Regulator prfA = Masterregulator für Virulenzfaktoren
• 20°C: prfA-mRNA bildet hairpin mit ds-SD-Sequenz (verdeckt)
• 37°C: SD-Sequenz liegt frei vor (Sekundärstruktur geht auf), Expression von prfA

zur mRNA komplementäre Anti-sense-RNA wird ausgebildet und lagert sich an mRNA (ds) à Blockieren der SD-Sequenz 

Ein Riboswitch reguliert durch Metabolitenbindung auf Transkriptions- bzw. Translationsebene

• Trankriptionsebene:
  • Formation einer rho-unabhängigen Terminationsstruktur durch Bindung des Metaboliten an die lange 5‘-UTR der mRNA (Bsp.: RibD für Riboflavinsynthese; Metabolit = FMN) à bei Abwesenheit des Metaboliten bildet sich Anti-Terminationsstruktur
  • Bildung einer rho-abhängigen Terminatorstruktur durch Lösen einer Purinbase (Adenin) aus der kreisförmigen Struktur des Riboswitches („off“-mode ohne A à purine efflux pump)
• Translationsebene:
  • Verhinderung der Bindung des Ribosoms und somit der Translation durch Binden  an die 5‘-UTR der mRNA, sodass SD-Sequenz zu ds aligned wird à vorher Bindung der homologen Sequenz an 5‘-UTR (Bsp.: ThiM inhibiert durch Thiamin-PP/Thiamin in der Thiamin-Synthese)
  • Inhibition durch Metabolitenbindung durch Ribozym und daraus resultierender Konformationsänderung à führt zu selbst-induzierter Spaltung der mRNA

• Attenuation funktioniert nach anderem Prinzip
  • Vorangeschalteter Leader, den es bei Riboswitch nicht gibt
  • Beim Riboswitch sorgt der Metabolit für eine alternative Strukturbildung; bei der Attenuation hingegen kommt es auf die Geschwindigkeit der Peptidbildung an, ob eine alternative Struktur ausgebildet werden kann

• Durchschnittliche Halbwertszeit (Bakterien): 5 min
• Halbwertszeit der bakteriellen mRNA hängt ab von
  • Sekundärstrukturen à Erkennungsstellen für RNAsen
  • Länge der mRNA
  • Proteinbindung

• RNase E: zentrale RNAse des Degradasoms, bindet an die Membran und hält Degradasom zusammen
• RhIB: RNA Helikase zur Entwindung von Sekundärstrukturen
• PNPase: Exo RNase (Exonuklease)

• Durch unterschiedliche HWZ der mRNA (je nach Größe/Sekundärstruktur/Erkennungsstelle für RNase) unterschiedliche Expressionsrate der Gene à meist polycistronische mRNA, die geschnitten wird
• manchen Proteine haben höhere Nutzungsrate, deswegen höhere Syntheserate à wegen polycistronischer mRNA schwer die Syntheserate zu regulieren, also über HWZ

• Synthetisiertes RsmA bindet an mRNA ( eines Virulenzgen) und signalisiert damit der RNAse den Abbau der virulenten mRNA
• RsmA wird durch rsmB (Gen) reguliert. rsmB bildet eine mRNA mit vielen Bindestellen für RsmA, wodurch RsmA aus dem System entzogen wird und das Virulenztranskript nicht abgebaut wird (keine Markierung durch RmsA)