DNA enthält codierte Anweisungen, die Ihre Zellen zum Funktionieren benötigen. In einem Eukaryoten, einem Organismus mit einem Zellkern in jeder seiner Zellen, wird die DNA im Zellkern gespeichert Anweisungen müssen an die Zelle übermittelt werden, indem zuerst eine Kopie davon in einem Polymer namens Messenger-RNA erstellt wird oder mRNA. mRNA wird von zellulären Maschinen bearbeitet, bevor sie den Zellkern verlässt, und ihr werden mehrere wichtige molekulare Merkmale hinzugefügt, um sie als fertig und gebrauchsfertig zu markieren.
Capping von mRNA
Die erste chemische Modifikation, die alle eukaryotischen mRNAs gemeinsam haben, wird als 5'-Cap bezeichnet. Das RNA-Polymerase-Enzym wandert entlang eines DNA-Strangs und erstellt eine RNA-Kopie oder ein RNA-Transkript. Das Ende des RNA-Polymers, an dem die RNA-Polymerase zu synthetisieren begann, wird als 5'-Ende bezeichnet. Drei weitere Enzyme fügen am 5'-Ende eine chemische Gruppe namens 7-Methylguanylat hinzu; diese Modifikation wird als Kappe bezeichnet. Wenn eine mRNA in der Zelle ohne 5'-Kappe erscheint, kann sie von anderen Enzymen abgebaut werden; die darin enthaltenen Anweisungen werden niemals übersetzt. Die 5'-Kappe markiert die mRNA als legitim und schützt sie vor Abbau.
Polyadenylierung
Die andere universelle Modifikation, die nur in eukaryotischer mRNA gefunden wird, ist ein Poly-A-Schwanz. Am 5'-Ende der mRNA begann die RNA-Polymerase und am 3'-Ende endet sie. Nach der Transkription fügt ein Enzym namens Poly(A)-Polymerase zwischen 100 und 250 zusätzliche Adenosin- oder A-Untereinheiten hinzu, daher der Name Poly-A-Schwanz. Dieser Schwanz scheint die mRNA stabiler zu machen und markiert sie als für den Export aus dem Kern bestimmt.
Funktionen für Modifikationen
5'-Kappen und Poly-A-Schwänze werden in allen eukaryontischen mRNAs gefunden. Bakterien und andere Prokaryonten verwenden jedoch auch mRNA, aber ihren mRNAs fehlen diese beiden Eigenschaften. Eukaryotische mRNA wird manchmal bearbeitet oder gespleißt, bevor sie den Zellkern verlässt, sodass sie regulieren müssen, welche mRNAs den Zellkern verlassen können. Darüber hinaus ist die Translation der in der mRNA kodierten Anweisungen in Eukaryoten ein viel stärker regulierter Prozess, und diese Modifikationen spielen auch in diesem Prozess eine wichtige Rolle. Im Gegensatz zu Eukaryoten haben Prokaryoten keinen Zellkern, sodass der Eintritt oder Austritt von mRNAs nicht reguliert werden muss – sobald die mRNA transkribiert ist, wird sie in der Zelle freigesetzt.
Viren und mRNA
Wenn ein Virus eine eukaryontische Zelle infiziert, muss der Erreger sicherstellen, dass die Wirtszelle aufhört, ihre eigenen Proteine zu produzieren und stattdessen virale Proteine und RNAs zu produzieren. Einige von ihnen, wie Polioviren und Picornaviren, tragen ein Enzym, das ein Protein zerkleinert, das benötigt wird, um die Anweisungen zu übersetzen, die in einer 5'-verkappten mRNA gespeichert sind. Als Ergebnis wird keine der zelleigenen mRNAs translatiert, sondern die nicht gecappte virale RNA wird stattdessen translatiert. Auf diese Weise nehmen sie das, was eine Belastung sein könnte – ihr eigenes Fehlen einer 5'-Obergrenze – und verwandeln es in einen Vorteil.