Riboswitch

Sekundärstruktur eines Purin-Riboswitches aus Bacillus subtilis

Riboswitches sind RNA-Elemente in den untranslatierten Regionen der mRNA, die niedermolekulare Metabolite binden und daraufhin die Genexpression regulieren.

Sie können die Transkription oder Translation der eigenen mRNA regulieren. Regulatorproteine sind in diesem Fall also nicht nötig. Mit Ausnahme des TPP (Thiaminpyrophosphat) Riboswitches in Arabidopsis thaliana (gemeine Acker-Schmalwand) sind alle bisher bekannte Riboswitches in Prokaryoten zu finden. Mehr als 2% aller Gene im Bakterium Bacillus subtilis werden durch Riboswitches erkannt. Die Verteilung von Riboswitches in anderen Bakterien variiert stark.

Die RNA bildet eine Sekundär- und Tertiärstruktur aus und erkennt damit Metabolite (beispielsweise Guanin, Adenin, L-Lysin). Die Erkennung der Liganden erfolgt sehr präzise über die Erkennung von Ladungen, funktionellen Gruppen und den stereochemischen Eigenschaften. Um diese zu erkennen gibt es spezielle Taschen, die unter anderem durch Stacking und Schleifen gebildet werden. Wenn der Ligand bindet, so kommt es bei fast allen Riboswitches zu einer Konformationsänderung in der RNA. Dadurch kann die ribosomale Bindungsstelle (Shine-Dalgarno-Sequenz) im Inneren des RNA-Moleküls verborgen werden, wodurch es nicht zum Start der Translation kommt. Durch die Konformationsänderung kann es auch zur Bildung einer Haarnadelstruktur kommen, wodurch die Transkription abgebrochen wird. Beim GlmS-Riboswitch erfolgt die Regulation der Transkription durch Spaltung der mRNA nach Bindung des Liganden.

Literatur

• W. C. Winkler, A. Nahvi u.a.: Control of gene expression by a natural metabolite-responsive ribozyme. In: Nature. Band 428, Nummer 6980, März 2004, S. 281–286, ISSN 1476-4687. doi:10.1038/nature02362. PMID 15029187.
• Sashital, D.G. & Butcher, S.E. (2006): Flipping off the riboswitch: RNA structures that control gene expression. In: ACS Chem. Biol. Bd. 1, S. 341-345. PMID 17163768 doi:10.1021/cb6002465