WEEK 4: POST-TRANSCRIPTIONELE REGULATIE (H7)
POST-TRANSCRIPTIONAL CONTROLS
Post-transcriptionele controles vinden plaats nadat de transcriptie gestart
is. Post-transcriptionele controles zijn essentieel voor de controle van vele
genen. (Figuur 7-54)
Transcription attenuation is de voortijdige beëindiging van transcriptie
doordat RNA zich in een 3D-structuur vouwt tijdens de transcriptie zelf en
daarmee RNA-polymerase II hindert. Wanneer het genproduct nodig is,
binden regulerende eiwitten zich aan de beginnende RNA-keten en
verwijderen ze de verzwakking, waardoor de transcriptie van een volledig
RNA-molecuul mogelijk wordt.
Riboswitches zijn korte RNA-sequenties die van vorm veranderen als ze
kleine moleculen (bijvoorbeeld metabolieten) binden. Zo blokkeren of staan
ze juist toe dat RNA-polymerase zijn werk doet en op deze manier reguleren
ze dus genexpressie. Elke riboswitch herkent een specifiek klein molecuul.
Riboswitches vind je meestal aan de 5’-kant van het mRNA.
Figuur 7-54
Figuur 7-55
In afwezigheid van guanine wordt het mRNA dat codeert voor enzymen die nodig zijn voor guanine-
aanmaak volledig gesynthetiseerd. Echter in aanwezigheid van guanine, bindt guanine aan het
pasgevormde mRNA, waardoor het mRNA een haarspeld-structuur vormt die voorkomt dat het RNA-
polymerase doorgaat met transcriptie. Door de voortijdige beëndiging van de transcriptie, wordt er
dus geen functioneel mRNA gemaakt.
Alternatieve splicing is het op een andere manier splicen van een mRNA dan de meest
voorkomende. Dit kan gebeuren omdat het spliceosoom twee of meer alternatieve paren van 5’- en
3’-splice-sites niet goed van elkaar kan
onderscheiden (intron sequence
ambiguity), wat komt doordat
herkenning van de splice-sites door
het spliceosoom plaats vindt middels
consensussequenties. Deze zijn in alle
cellen waar dit gen tot expressie komt.
Vaak is alternatieve splicing echter wel
gereguleerd, bijvoorbeeld om te
zorgen voor cel-specifieke vormen van
,een bepaald eiwit. Regulatie van alternatieve splicing kan op een negatieve en positieve manier (Figuur
7-58):
Bij negatieve regulatie zorgt de aanwezigheid van een bepaald molecuul (een repressor-eiwit)
ervoor dat een specifieke splice-site niet toegankelijk is en dus overgeslagen wordt, want de
splicing machinerie kan niet binden aan het pre-mRNA)
Bij positieve regulatie is de aanwezigheid van een bepaald molecuul (een activator-eiwit) juist
noodzakelijk om de splicing van een specifieke splice-site mogelijk te maken. Deze splice-site zou
anders overgeslagen worden
Door alternatieve splicing zijn er dus meer verschillende eiwiitten dan dat er verschillende
eiwitcoderende genen zijn.
Vijf patronen van alternatieve splicing zijn (figuur 7-56):
Exon skipping: er wordt een exon overgeslagen. Met andere
woorden: een einde van een intron en het begin van het
volgende intron worden niet gebruikt.
Intron retention: een intron wordt meegenomen in de
definitieve mRNA sequentie. Met andere woorden: zowel het 5’-
als de 3’-einde van dat intron worden niet gebruikt.
Alternatieve 5’ splice site: een 5’ splite-site wordt niet herkend
als 5’ splice-site, waardoor het splicesoom de eerstvolgende
5’splice-site koppelt aan de 3’splice-site.
Alternatieve 3’ splice site: een 3’ splice-site wordt niet herkend
als 3’ splice-site, waardoor het splicesoom de 5’-splice site
koppelt aan de eerstvolgende 3’-splice site.
Mutually exclusive exons: dit is eigenlijk een combinatie van
twee mogelijkheden voor exon skipping of het ene exon wordt
overgeslagem, of het andere exon wordt overgeslagen. Nooit
worden beide exonen tegelijk overgeslagen, er wordt altijd één
van de twee mogelijke exonen meegenomen in de definitieve
mRNA sequentie.
Dat een gen door alternatieve splicing voor verschillende eiwitten kan coderen, stelt de oude defnitie
van een gen ter discussie. De auteurs stellen voor een eiwit-coderend gen te defniëren als een DNA-
sequentie die wordt afgeschreven als één eenheid en codeert voor een set nauwverwante
polypeptide-ketens (eiwit-isovormen).
Het 3’-einde van een eukaryoot transcript kan op verschillende plekken gekliefd worden (alternatieve
klieving en poly-adenylering). In sommigen gevallen leidt dit simpelweg tot een verkort eiwit-variant,
maar soms liggen die alternatieve klievings- en poly-adenylering-plekken in een intron, wat leidt tot
een alternatief
splicingspatroon, waardoor de
sequentie van aminozuren aan
de C-terminus wel degelijk
veranderd wordt. Dit kan
bijvoorbeeld van invloed zijn op
de lokalisatie van het eiwit,
zoals bij B-cellen waar
alternatieve klieving en poly-
adenylering zorgt voor het wel
of niet hebben van een
membraananker aan de
antistoffen. (zie figuur 7-59)
, In niet-gestimuleerde B-cellen bevat het 3’-uiteinde van mRNA een deel dat codeert voor een C-
terminaal membraan-bindend domein aan het antilichaam. In gestimuleerde B-cellen vindt er
alternatieve splicing en poly-adenylering van het pre-mRNA plaats, waardoor de antilichamen die
daaruit gevormd worden geen membraan-bindend domein bevatten aan hun C-terminus en dus
uitgescheiden worden.
Het proces waarbij de sequentie van een RNA-transcript na transcriptie veranderd wordt, heet RNA-
editing. In dieren bestaan er twee vormen van RNA-editing:
A-to-I-editing: deaminering van een adenine, leidt tot vorming van een iosine
C-to-U-editing: deaminering van een cytosine leidt to vorming van een uracil
Deze editing zorgt ervoor dat de mRNA-code verandert na transcriptie. Als de editing heeft
plaatsgevonden op het coderende gedeelte van mRNA, kan de aminozuurvolgorde van het eiwit
veranderd worden of een prematuur stopcodon gecreëerd worden (waardoor een verkort eiwit
ontstaat). Editing buiten de coding region kan zorgen voor alternatieve splicing en beïnvloeding van
mRNA transport van de kern naar het cytosol, van translatie-efficiëntie en van basenparing van
miRNA met het mRNA.
Figuur 7-61: Bij het apolipoprotein B gen leidt de RNA-editing tot de vorming van een alternatief stopcodon
Naar schatting verlaat slechts 1/20 van het
gesynthetiseerde RNA de nucleus. In principe
wordt alleen RNA dat volledig geprocessed is uit de
nucleus geëxporteerd. Er zijn echter mechanismen
die dit kwaliteitscontrolesysteem kunnen
omzeilen. Deze mechanismen behoren tot het
post-transcriptionele regulatieproces ‘gereguleerd
nucleair transport’. Het transporteren van
ongesplicede RNA’s uit de kern naar het cytosol is
een voorbeeld van zo’n mechanisme.
Figuur 7-63 Regulering van de uitvoer van nucleair
materiaal door het HIV Rev-eiwit. (A) Vroeg in HIV
infectie, alleen de volledig gesplitste RNA's (die
bevatten de coderingssequenties voor Rev, Tat,
en Nef) worden geëxporteerd uit de kern en vertaald.
(B) Zodra voldoende Rev-eiwit is opgehoopt en
getransporteerd in de kern, kan het ongesplicede virale
RNA uit de kern worden geëxporteerd. Veel van deze
RNA's worden vertaald in eiwitten, en de volledige
transcripties worden verpakt in nieuwe virale deeltjes.
POST-TRANSCRIPTIONAL CONTROLS
Post-transcriptionele controles vinden plaats nadat de transcriptie gestart
is. Post-transcriptionele controles zijn essentieel voor de controle van vele
genen. (Figuur 7-54)
Transcription attenuation is de voortijdige beëindiging van transcriptie
doordat RNA zich in een 3D-structuur vouwt tijdens de transcriptie zelf en
daarmee RNA-polymerase II hindert. Wanneer het genproduct nodig is,
binden regulerende eiwitten zich aan de beginnende RNA-keten en
verwijderen ze de verzwakking, waardoor de transcriptie van een volledig
RNA-molecuul mogelijk wordt.
Riboswitches zijn korte RNA-sequenties die van vorm veranderen als ze
kleine moleculen (bijvoorbeeld metabolieten) binden. Zo blokkeren of staan
ze juist toe dat RNA-polymerase zijn werk doet en op deze manier reguleren
ze dus genexpressie. Elke riboswitch herkent een specifiek klein molecuul.
Riboswitches vind je meestal aan de 5’-kant van het mRNA.
Figuur 7-54
Figuur 7-55
In afwezigheid van guanine wordt het mRNA dat codeert voor enzymen die nodig zijn voor guanine-
aanmaak volledig gesynthetiseerd. Echter in aanwezigheid van guanine, bindt guanine aan het
pasgevormde mRNA, waardoor het mRNA een haarspeld-structuur vormt die voorkomt dat het RNA-
polymerase doorgaat met transcriptie. Door de voortijdige beëndiging van de transcriptie, wordt er
dus geen functioneel mRNA gemaakt.
Alternatieve splicing is het op een andere manier splicen van een mRNA dan de meest
voorkomende. Dit kan gebeuren omdat het spliceosoom twee of meer alternatieve paren van 5’- en
3’-splice-sites niet goed van elkaar kan
onderscheiden (intron sequence
ambiguity), wat komt doordat
herkenning van de splice-sites door
het spliceosoom plaats vindt middels
consensussequenties. Deze zijn in alle
cellen waar dit gen tot expressie komt.
Vaak is alternatieve splicing echter wel
gereguleerd, bijvoorbeeld om te
zorgen voor cel-specifieke vormen van
,een bepaald eiwit. Regulatie van alternatieve splicing kan op een negatieve en positieve manier (Figuur
7-58):
Bij negatieve regulatie zorgt de aanwezigheid van een bepaald molecuul (een repressor-eiwit)
ervoor dat een specifieke splice-site niet toegankelijk is en dus overgeslagen wordt, want de
splicing machinerie kan niet binden aan het pre-mRNA)
Bij positieve regulatie is de aanwezigheid van een bepaald molecuul (een activator-eiwit) juist
noodzakelijk om de splicing van een specifieke splice-site mogelijk te maken. Deze splice-site zou
anders overgeslagen worden
Door alternatieve splicing zijn er dus meer verschillende eiwiitten dan dat er verschillende
eiwitcoderende genen zijn.
Vijf patronen van alternatieve splicing zijn (figuur 7-56):
Exon skipping: er wordt een exon overgeslagen. Met andere
woorden: een einde van een intron en het begin van het
volgende intron worden niet gebruikt.
Intron retention: een intron wordt meegenomen in de
definitieve mRNA sequentie. Met andere woorden: zowel het 5’-
als de 3’-einde van dat intron worden niet gebruikt.
Alternatieve 5’ splice site: een 5’ splite-site wordt niet herkend
als 5’ splice-site, waardoor het splicesoom de eerstvolgende
5’splice-site koppelt aan de 3’splice-site.
Alternatieve 3’ splice site: een 3’ splice-site wordt niet herkend
als 3’ splice-site, waardoor het splicesoom de 5’-splice site
koppelt aan de eerstvolgende 3’-splice site.
Mutually exclusive exons: dit is eigenlijk een combinatie van
twee mogelijkheden voor exon skipping of het ene exon wordt
overgeslagem, of het andere exon wordt overgeslagen. Nooit
worden beide exonen tegelijk overgeslagen, er wordt altijd één
van de twee mogelijke exonen meegenomen in de definitieve
mRNA sequentie.
Dat een gen door alternatieve splicing voor verschillende eiwitten kan coderen, stelt de oude defnitie
van een gen ter discussie. De auteurs stellen voor een eiwit-coderend gen te defniëren als een DNA-
sequentie die wordt afgeschreven als één eenheid en codeert voor een set nauwverwante
polypeptide-ketens (eiwit-isovormen).
Het 3’-einde van een eukaryoot transcript kan op verschillende plekken gekliefd worden (alternatieve
klieving en poly-adenylering). In sommigen gevallen leidt dit simpelweg tot een verkort eiwit-variant,
maar soms liggen die alternatieve klievings- en poly-adenylering-plekken in een intron, wat leidt tot
een alternatief
splicingspatroon, waardoor de
sequentie van aminozuren aan
de C-terminus wel degelijk
veranderd wordt. Dit kan
bijvoorbeeld van invloed zijn op
de lokalisatie van het eiwit,
zoals bij B-cellen waar
alternatieve klieving en poly-
adenylering zorgt voor het wel
of niet hebben van een
membraananker aan de
antistoffen. (zie figuur 7-59)
, In niet-gestimuleerde B-cellen bevat het 3’-uiteinde van mRNA een deel dat codeert voor een C-
terminaal membraan-bindend domein aan het antilichaam. In gestimuleerde B-cellen vindt er
alternatieve splicing en poly-adenylering van het pre-mRNA plaats, waardoor de antilichamen die
daaruit gevormd worden geen membraan-bindend domein bevatten aan hun C-terminus en dus
uitgescheiden worden.
Het proces waarbij de sequentie van een RNA-transcript na transcriptie veranderd wordt, heet RNA-
editing. In dieren bestaan er twee vormen van RNA-editing:
A-to-I-editing: deaminering van een adenine, leidt tot vorming van een iosine
C-to-U-editing: deaminering van een cytosine leidt to vorming van een uracil
Deze editing zorgt ervoor dat de mRNA-code verandert na transcriptie. Als de editing heeft
plaatsgevonden op het coderende gedeelte van mRNA, kan de aminozuurvolgorde van het eiwit
veranderd worden of een prematuur stopcodon gecreëerd worden (waardoor een verkort eiwit
ontstaat). Editing buiten de coding region kan zorgen voor alternatieve splicing en beïnvloeding van
mRNA transport van de kern naar het cytosol, van translatie-efficiëntie en van basenparing van
miRNA met het mRNA.
Figuur 7-61: Bij het apolipoprotein B gen leidt de RNA-editing tot de vorming van een alternatief stopcodon
Naar schatting verlaat slechts 1/20 van het
gesynthetiseerde RNA de nucleus. In principe
wordt alleen RNA dat volledig geprocessed is uit de
nucleus geëxporteerd. Er zijn echter mechanismen
die dit kwaliteitscontrolesysteem kunnen
omzeilen. Deze mechanismen behoren tot het
post-transcriptionele regulatieproces ‘gereguleerd
nucleair transport’. Het transporteren van
ongesplicede RNA’s uit de kern naar het cytosol is
een voorbeeld van zo’n mechanisme.
Figuur 7-63 Regulering van de uitvoer van nucleair
materiaal door het HIV Rev-eiwit. (A) Vroeg in HIV
infectie, alleen de volledig gesplitste RNA's (die
bevatten de coderingssequenties voor Rev, Tat,
en Nef) worden geëxporteerd uit de kern en vertaald.
(B) Zodra voldoende Rev-eiwit is opgehoopt en
getransporteerd in de kern, kan het ongesplicede virale
RNA uit de kern worden geëxporteerd. Veel van deze
RNA's worden vertaald in eiwitten, en de volledige
transcripties worden verpakt in nieuwe virale deeltjes.
