Terminator (Genetik)

Als Terminator oder Transkriptionsterminator wird ein Teil einer genetischen Sequenz auf der DNA bezeichnet, die das Ende eines Gens oder Operons markiert. Sie führt zur Beendigung der Transkription.

In Prokaryoten sind zwei Klassen von transkriptionalen Terminatoren bekannt:

• Intrinsische Transkriptionsterminatoren
• Rho-abhängige Transkriptionsterminatoren

Der Terminator besteht in der Regel aus einer kurzen Folge (4–10) von GC-Basenpaaren und sind innerhalb der RNA fast unmittelbar nach dem Stopcodon lokalisiert, welche das Ende des ORF beschreiben.

Rho-unabhängige Termination

Bei dieser Form der Termination kommt es zur Ausbildung einer haarnadelförmigen Sekundärstruktur im RNA-Transkript. Der Grund liegt in der speziellen Basenfolge.

Die optimale Struktur für einen intrinsischen Terminator ^[1] ergibt sich wie folgt:

Strukturmodell eines intrinsischen Terminators

• Stammbildende GC reiche Region 1 (6-8 Basenpaare)
• Schleifenbildende Region (3-5 Basenpaare)
• Stammbildende GC reiche Region 2 (6-8 Basenpaare)
• Poly Uracil Region (3-8 Basenpaare)

Die beiden GC reichen Regionen lagern sich zum sogenannten Stamm zusammen. Die hier zwischen liegende Region formt die sogenannte Schleife oder loop. Aus dieser Haarnadelstruktur resultiert eine lange Pause in der Elongation. Diese korreliert direkt proportional zu der Stabilität der Haarnadelstruktur. Die hierauf folgenden 3-8 Uracil-Reste destabilisieren den Elongationskomplex ^[2]. Die gängige Theorie ist, dass die Haarnadelstruktur das RNA/DNA-Hybrid verkürzt und die instabile AU-Paarung den Komplex weiter destabilisiert. Die Folge hiervon ist die Entlassung des Transkriptes ^[3].

Bedeutung der Haarnadelstruktur für die Termination

Die Haarnadelstruktur trägt auf zweierlei Weise zur Termination bei ^[4][5]

• Die RNA-Haarnadelstruktur führt zu einer allosterischen Inhibition der Nukleotidaddition am aktiven Zentrum. Dadurch wird die RNAP gestoppt.
• Die Haarnadelstruktur sorgt für eine Trennung des RNA–DNA–Hybrids am 5’– Ende.

Rho-abhängige Termination

Strukturmodell eines Rho-abhängigen Terminators

Bei der rho-abhängigen Termination finden sich, im Gegensatz zu intrinsischen Terminatoren, keine destabilisierenden DNA-Sequenzelemente. Hier wird die Termination durch den Terminationsfaktor Rho katalysiert. Hierbei erfolgt die Destabilisierung des Elongationskomplexes durch die Helikaseaktivität des Rho-Faktors ^[6]. Rho erkennt hier als Hexamer C-reiche Abschnitte auf dem Transkript. Es bindet an einen ca. 70 bp langen stromaufwärts liegenden Bereich auf der codierenden DNA. Dieser Bereich codiert für einen unstrukturierten Bereich im RNA-Transkript. Rho bewegt sich aufgrund seiner ATPaseaktivität auf dem 3‘-Ende entlang. Durch die Helikaseaktivität des Terminationsfaktors kommt es zu einer Trennung des RNA/DNA-Hybrids. Die Folge ist eine Dissoziation des Elongationskomplexes und die hieraus resultierende Freisetzung des RNA-Transkripts ^[7].

Unterscheidung

Die Terminatorsequenzen auf der DNA sind von den Terminatorcodons auf der mRNA zu unterscheiden, die zur Termination der Translation führen.

Literatur

• Rolf Knippers: Molekulare Genetik. 8. neubearbeitete Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2001, ISBN 3-13-477008-3.

Einzelnachweise

1. ↑ C Carafa, Y., Brody, E. & Thermes, C. (1990), Prediction of rho-independent Escherichia coli transcription terminators•:: A statistical analysis of their RNA stem-loop structures Journal of molecular biology 216(4), 835–858. URL: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0022283699800059
2. ↑ Brendel, V., Hamm, G. H. & Trifonov, E. N. (1986), ‘Terminators of transcription with RNA polymerase from Escherichia coli: what they look like and how to find them.’, Journal of biomolecular structure & dynamics 3(4), 705–23. URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/3078109
3. ↑ von Hippel, P. H. & Yager, T. D. (1991), ‘Transcript elongation and termination are competitive kinetic processes.’, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 88(6), 2307–11.
4. ↑ Artsimovitch, I. & Landick, R. (1998), ‘Interaction of a nascent RNA structure with RNA polymerase is required for hairpin-dependent transcriptional pausing but not for transcript release’, Genes & Development 12(19), 3110–3122. URL: http://www.genesdev.org/cgi/doi/10.1101/gad.12.19.3110
5. ↑ Toulokhonov, I., Artsimovitch, I. & Landick, R. (2001), ‘Allosteric control of RNA polymerase by a site that contacts nascent RNA hairpins.’, Science (New York, N.Y.) 292(5517), 730–3. URL: http://www.sciencemag.org/content/292/5517/730.abstract
6. ↑ Walstrom, K. M., Dozono, J. M. & von Hippel, P. H. (1997), ‘Kinetics of the RNA-DNA helicase activity of Escherichia coli transcription termination factor rho. 2. Processivity, ATP consumption, and RNA binding.’, Biochemistry 36(26), 7993–8004. URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9201946
7. ↑ Jin, D. J., Burgess, R. R., Richardson, J. P. & Gross, C. A. (1992), ‘Termination efficiency at rho-dependent terminators depends on kinetic coupling between RNA polymerase and rho.’, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 89(4), 1453– 7.