Einfache und komplexe Transkriptionseinheiten finden sich in eukaryotischen Genomen
Eukaryotische Gene, die einen einzigen mRNA-Typ produzieren, der ein einziges Protein kodiert, werden als einfache Transkriptionseinheiten bezeichnet. Mutationen in Exons, Introns und Transkriptionskontrollregionen können die Expression von Proteinen beeinflussen, die von einfachen Transkriptionseinheiten kodiert werden (Abbildung 9-1b). Im Gegensatz zu einigen Mutationen in bakteriellen Operons, die mehrere Proteine beeinflussen können, können Mutationen in einfachen eukaryotischen Transkriptionseinheiten nur ein Protein beeinflussen.
Obwohl viele Transkriptionseinheiten in Eukaryoten einfach sind, sind komplexe Transkriptionseinheiten in mehrzelligen Organismen recht häufig. Das primäre RNA-Transkript, das von komplexen Transkriptionseinheiten kodiert wird, kann durch die Verwendung alternativer Poly(A)-Stellen oder Spleißstellen auf mehr als eine Weise verarbeitet werden, was zur Bildung von mRNAs mit unterschiedlichen Exons führt. Zum Beispiel kann eine Transkriptionseinheit, die zwei oder mehr Poly(A)-Stellen enthält, verschiedene mRNAs produzieren, die jeweils die gleichen 5′Exons, aber unterschiedliche 3′-Exons haben (Abbildung 9-2a). Eine andere Art der alternativen RNA-Verarbeitung, das sogenannte Exon-Skipping, erzeugt mRNAs mit denselben 5′und 3′-Exons, aber unterschiedlichen internen Exons (Abbildung 9-2b). Beispiele für beide Arten der alternativen RNA-Verarbeitung treten während der sexuellen Differenzierung bei Drosophila auf (siehe Abbildung 11-26). Im Allgemeinen wird in einigen Zelltypen eine mRNA aus einer komplexen Transkriptionseinheit hergestellt, während in anderen Zelltypen eine alternative mRNA gebildet wird. Zum Beispiel bestimmen Unterschiede im RNA-Spleißen des primären Fibronektin-Transkripts in Fibroblasten und Hepatozyten, ob das sekretierte Protein Domänen enthält, die an Zelloberflächen haften (siehe Abbildung 11-24).
Abbildung 9-2
Zwei Beispiele für komplexe eukaryotische Transkriptionseinheiten und die Auswirkungen von Mutationen auf die Expression der kodierten Proteine. Die RNA, die von einer komplexen Transkriptionseinheit (blau) transkribiert wird, kann auf alternative Weise verarbeitet werden, um zwei oder mehr funktionelle monocistronische (mehr…)
Eine Mutation in der Kontrollregion oder in einem Exon, das von alternativen mRNAs gemeinsam genutzt wird, wirkt sich auf alle alternativen Proteine aus, die von einer bestimmten komplexen Transkriptionseinheit kodiert werden. Andererseits wirken sich Mutationen in einem Exon, das nur in einer der alternativen mRNAs vorhanden ist, nur auf das von dieser mRNA kodierte Protein aus. Folglich ist die Beziehung zwischen der molekularen Definition eines Gens und einer genetischen Komplementationsgruppe bei komplexen Transkriptionseinheiten nicht immer eindeutig. Die in Abbildung 9-2a gezeigte komplexe Transkriptionseinheit kodiert beispielsweise zwei Proteine mit derselben N-terminalen Sequenz, die von ihren gemeinsamen 5′-Exons kodiert wird, und unterschiedlichen C-terminalen Sequenzen, die von ihren eindeutigen 3′-Exons kodiert werden.Mutation b betrifft das von mRNA 1 kodierte Protein und Mutation c das von mRNA 2 kodierte Protein. Die Mutationen b und c ergänzen sich in einem genetischen Komplementationstest, obwohl sie im selben Gen vorkommen, weil ein Chromosom mit der Mutation b ein normales Protein exprimieren kann, das von der unteren mRNA kodiert wird, und ein Chromosom mit der Mutation c ein normales Protein exprimieren kann, das von der oberen mRNA kodiert wird. Ein Chromosom mit der Mutationa in einem Exon, das beiden mRNAs gemeinsam ist, würde jedoch weder die Mutation b noch die Mutation c komplementieren. Mit anderen Worten, die Mutation a würde sich in denselben Komplementationsgruppen befinden wie die Mutationen b und c, obwohl b und c nicht in derselben Komplementationsgruppe liegen würden!