Lexikon der Biologie: UsnRNPs
UsnRNPs, Abk. für U small nuclear ribonucleoproteins (RNPs), wobei das U für die Uridin-reiche RNA (Uridin, UsnRNAs) steht, die in diesen Ribonucleoproteinen als Ligand enthalten ist. Die UsnRNPs sind im Zellkern bzw. Nucleolus von eukaryotischen Zellen (Eucyte) lokalisiert, und man unterscheidet ebenso wie bei den UsnRNAs die UsnRNPs des Spleißosoms (U1–2, U4–6), die weniger häufigen UsnRNPs (U7, U9–12) und die nucleolären UsnRNPs (U3, U8, U13), die auch als UsnoRNPs bezeichnet werden. Es sind etwa 40 verschiedene Proteine bekannt, die in den spleißosomalen RNPs auftreten. Sie werden in 2 Klassen unterteilt: die allgemeinen UsnRNP-Proteine, die in allen spleißosomalen UsnRNP-Komplexen zu finden sind, und die spezifischen, die nur in einzelnen UsnRNP-Spezies enthalten sind. Die Vorstufen der spleißosomalen UsnRNPs werden im Cytoplasma gebildet. Hier erfolgt die Bindung der sog. allgemeinen UsnRNP-Proteine an eine hochkonservierte Domäne der UsnRNAs, die in allen spleißosomalen RNAs außer U6 vorkommt. Diese Domäne A oder Sm-Domäne ist ein einzelsträngiger Uridin-reicher Sequenzabschnitt, der von 2 Haarnadelschleifen flankiert wird. Patienten mit der Autoimmunkrankheit Systemischer Lupus erythematodes produzieren häufig Antikörper (anti-Sm-Antikörper), mit denen UsnRNPs, die mit der Sm- oder A-Domäne assoziiert sind, präzipitierbar sind. Nach dem Rücktransport in den Zellkern binden die spezifischen Proteine und vollenden damit die UsnRNP-Synthese. Nur die Bildung von U6snRNP läuft ausschließlich im Zellkern ab. Während U1-, U2- und U5snRNP als Monopartikel gefunden werden, treten U4- und U6snRNP fast ausschließlich als U4/U6-Di-snRNP-Komplex auf, der durch Basenpaarung zwischen den beiden UsnRNAs stabilisiert wird. Neben Homologien in einigen Sequenzbereichen (Sequenzhomologie) und Strukturen der UsnRNAs haben die spleißosomalen UsnRNPs eine kugelförmige Kern-Domäne mit einem Durchmesser von 8 nm gemeinsam, die hauptsächlich aus den allgemeinen UsnRNP-Proteinen besteht. Nur wenige der UsnRNP-Proteine weisen das für RNA-bindende Proteine charakteristische RNA-Erkennungsmotiv (RNA recognition motif, Abkürzung RRM) mit den 2 konservierten RNP-Consensus-Sequenzen (Abkürzung RNP-CS) auf.
Zusammen mit den nicht-RNP-Spleißfaktoren (non-RNP-splicing factors) bilden U1-, U2-, U4-, U5- und U6snRNP das Spleißosom, an dem das Herausschneiden der Intronen aus prä-mRNAs stattfindet (Primärtranskript, spleißen). Zumindest die Grundzüge dieses Vorgangs sind bekannt. Zunächst bindet U1snRNP an die 5'-terminale Spleißstelle (Abk. 5'SS, auch 5'-terminale Exon-Intron-Grenze), vermittelt durch Paarung komplementärer Basen der U1snRNA, und der Spleißfaktor U2AF (Abk. für U2 auxiliary factor) bindet an den Polypyrimidintrakt nahe der 3'SS. U1snRNP und U2AF machen die prä-mRNA für die Formierung des Spleißosoms kenntlich und sind für die Bindung von U2snRNP an die Verzweigungsstelle notwendig. Hierfür ist auch die Paarung von U2snRNA mit Sequenzen der Verzweigungsstelle von Bedeutung. Die Wechselwirkung von U1snRNP und U2AF bringt die 5'- und 3'SS in räumliche Nähe, was der U1snRNA ermöglicht, auch mit der 3'SS Basenpaarungen einzugehen. Der nächste Schritt ist die Assoziation von U4/U6- und U5snRNP als Tri-snRNP-Komplex, wobei U5snRNP mit Exonsequenzen der 5'SS interagiert. Dann wird U1snRNP aus dem Komplex entlassen, was die Verlagerung von U5snRNP in Richtung Intron und die Bindung von U6snRNP an die 5'SS durch Basenpaarung mit der U6snRNA ermöglicht. Der eigentliche Spleißvorgang wird eingeleitet, sobald U4snRNP den Komplex verläßt, was dessen inhibitorische Wirkung auf U6snRNP aufhebt. So können U6snRNP und U2snRNP über Basenpaarungen ihrer RNAs komplexieren. Da die U2snRNA bereits mit Sequenzen der Verzweigungsstelle gepaart ist, gelangt U6snRNP in die Nähe dieses Intronbereichs, und U6snRNP kann zusammen mit U2snRNP die erste Umesterung katalysieren. U5snRNP ist für den zweiten Schritt der Spleißreaktion unbedingt erforderlich; es vermittelt die Auswahl der 3'SS. Nach der zweiten Umesterung werden die an der Lassostruktur des gespleißten Introns gebundenen U2-, U5- und U6snRNP freigesetzt. Den beteiligten UsnRNAs kommt dabei wesentliche Bedeutung sowohl bei der Ausrichtung der Spleißstellen als auch bei der katalytischen Umsetzung zu. Auf verschiedenen Stufen induziert ATP-Hydrolyse notwendige Konformationsänderungen der UsnRNAs und die Freisetzung von UsnRNPs.
Für das U7snRNP konnte eine Beteiligung an der Prozessierung der 3'-Enden von Histon-H3-prä-mRNAs gezeigt werden. Dafür ist eine Sequenz, die komplementär zu einem downstream Element der Säuger-Histon-Gene ist und zur Paarung der beiden RNAs führt, von großer Bedeutung. Wie die spleißosomalen RNPs enthält auch U7 eine Sm-Domäne. Das U11snRNP ist mit dem Polyadenylierungsapparat assoziiert. Eine Beteiligung von RNPs an der Polyadenylierung ist auch deshalb sehr wahrscheinlich, weil die Polyadenylierung selbst durch anti-sm-Antikörper und durch Nuclease-Behandlung von in-vitro-Extrakten mit Polyadenylierungsaktivität inhibiert werden kann. Die hauptsächlich im Nucleolus lokalisierten sn(o)RNPs U3, U8 und U13 spielen eine Rolle bei der Prozessierung der prä-rRNA. U3snRNP besitzt ebenfalls Sm-Domänen. Ribonucleinsäuren, Ribonucleoproteine.
J.S./M.B.
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