Attenuation (Genexpression)

Die (transkriptionelle) Attenuation ist eine Form der Genregulation, die bei der Genexpression der Prokaryonten, beispielsweise der Bakterien vorkommt.

Dabei wird die Ablesung und Übersetzung der DNA in die mRNA während der Transkription der Proteinbiosynthese verzögert. Dies geschieht dadurch, dass das Ribosom die Translation (Übersetzung der mRNA-Information in ein Peptid) stoppt.

Voraussetzung für diesen Mechanismus ist, dass die Translation in der Nähe der Transkription stattfindet und das mRNA-Molekül noch transkribiert wird, während bereits ein Ribosom an anderer Stelle desselben mRNA-Moleküls sitzt. Dies kann nur bei Prokaryonten der Fall sein, da bei Eukaryoten die DNA im Zellkern bleibt und die Translation außerhalb des Zellkerns stattfindet.

Der Stoppvorgang kommt dadurch zustande, dass die mRNA durch Basenpaarung eine Schleife bildet. Dadurch wird am Bakterienchromosom selbst durch sterische (räumliche) Behinderung die weitere Synthese der mRNA abgebrochen.

Erklärung am Beispiel des Tryptophan-Operons (trp-operon)

Das Trp-Operon bedient sich auch der Attenuation als Genregulationsmethode. Wenn die Konzentration der Aminosäure Tryptophan in der Zelle hoch ist, wird die Transkription gestoppt. Ist der Tryptophan-Spiegel abgesunken, so wird die Transkription wieder in Gang gesetzt.

Innerhalb des mRNA-Transkripts können sich über Wasserstoffbrückenbindungen vermittelte Basenpaarungen bilden. Dadurch wird die normalerweise einsträngige mRNA in einem Teilabschnitt doppelsträngig. Bestimmte Stamm-Schleifen-Strukturen beenden die Transkription vorzeitig, bevor zum Beispiel das Operon erreicht wird.

"Stromaufwärts" des Stamm-Schleifen-Abschnitts liegt ein Gen, das ein Ribosom translatieren muss - bestehend aus 14 Codons, 2 davon sind Tryptophan Codons. Liegt nun genug Tryptophan vor, so kann ein Ribosom das Gen translatieren, der Polymerase folgend. Das Ribosom zerstört die große Stamm-Schleifen-Struktur und der Terminator bildet sich - die Transkription kommt zum Stillstand. Ist zu wenig Trp vorhanden so bleibt das Ribosom während der Translation des Gens stecken da Trp fehlt - die Polymerase bewegt sich weiter, die große Stamm-Schleifen-Struktur wird durch das Ribosom nicht zerstört und der Terminator bildet sich nicht.

Es gibt noch weitere Operons, an denen Attenuation vorkommt, beispielsweise das Phenylalanin-Operon oder die Operons für Histidin, Leucin und Threonin.