Examensarbete i biologi, naturvetenskapliga fakulteten, Lunds universitet
Behövs onödiga gendelar?
Janna Holmgren
Den minsta, levande enheten i kroppen är cellen. För att cellen skall kunna upprätthålla normal
celldelning och utveckling behöver den ständigt tillgång till en grupp molekyler som kallas
polyaminer. Polyaminer är livsnödvändiga och naturliga molekyler som finns i både bakterier och
flercelliga organismer. Om celler utsätts för specifika inhibitorer, töms cellen på polyaminer och
cellen slutar att dela sig. Denna paus i cell-delning kan upphävas genom att ge cellerna tillgång till
polyaminer igen. Cellerna har en specifik biosyntesväg för att kunna tillverka dessa livsnödvändiga
polyaminer, och ornithine dekarboxylas (ODC) är det viktigaste enzymet i denna biosyntesväg. En
budbärar-RNA-molekyl, mRNA, vidarebefodrar information från den kodande genen till
genprodukten ODC. En intressant detalj är att denna mRNA-molekyl är omgiven av två regioner
onödiga gendelar (s.k. 5’ och 3’ otranslaterade regioner, 5’OTR och 3’OTR) som ej bildar del av
enzymet men som verkar ha möjlighet att påverka produktionen av detsamma.
Hypoton stress är ett tillstånd då den miljö som cellerna befinner sig i har en lägre salthalt jämfört
med den intracellulära salthalten vilket kan leda till celldöd. För att celler skall kunna överleva
förändringar i osmolaritet (dvs förändringar i omgivningens salthalt) behövs specifika åtgärder som
reglerar den intracellulära salthalten, något som både bakterier och flercelliga organismer tillämpar.
Ornithine dekarboxylas (ODC) är det viktigaste enzymet i polyaminernas biosyntes och man har
visat att detta enzyms aktivitet är starkt reglerat. En av regleringsmekanismerna utgörs av att en
ansamling av ODC:s produkter, dvs polyaminer, förminskar ODC-aktiviteten, vilket leder till att
mindre mängd polyaminer produceras (s.k. feedback-reglering). Dessutom har vissa experiment har
visat att om celler utsätts för hypoton stress leder det till en aktivitetsökning hos ODC. Det finns
indikationer som tyder på att hypoton stress och polyaminers effekt på ODC-uttrycket i cellen liknar
varandra. Till exempel det faktum att båda situationerna leder till dramatiska förändringar i ODC:s
aktivitet utan några mätbara förändringar i cellens ODC mRNA nivåer.
Orsaken till hur denna reglering av ODC aktiviteten går till är fortfarande okänd. Vissa studier av
de tvådimensionella strukturer som 5’,3’OTR av mRNA-molekylen bildar tyder på att dessa kan
försvåra produktionen av nya ODC molekyler. Det finns tecken som tyder på att de polyaminer som
ODC producerar utövar en negativ feedback-kontroll genom att underlätta eller försvåra bildningen
av dessa sekundära strukturer.
Målet med detta projekt var att undersöka hur stor roll 5’,3’OTR spelar för regleringen av enzymet
(ODC). Genom att konstruera en DNA molekyl utan dessa regioner och uttrycka denna modifierade
mRNA-molekyl i en cellkultur kan polyaminernas påverkan på ODC aktiviteten studeras liksom
effekten av hypoton stress. Våra resultat visar att celler innehållande mRNA-molekyler utan
5’,3’OTR, som utsätts för hypoton stress, inte får den ökning av ODC-aktiviteten som sker i
normala celler. Då celler förlorar ett av sina försvarssystem mot förändringar i salthalt, kan detta
leda till celldöd. En slutsats som kan dras av resultaten är att de onödiga gendelarna är viktiga för
cellens svar på hypoton stress. Dessa experiment, som ger svar på hur livsnödvändiga enzym
regleras, kan i förlängningen komma att användas för att öka möjligheten att reglera enzym, vars
ökade eller minskade aktivitet orsakar olika sjukdomstillstånd och därmed kunna behandla dessa.
Swedish official title: Vikten av de otranslaterade regionerna hos Ornithine Decarboxylase för
regleringen av enzymet
Swedish credits: 20p
E-mail address of first author: [email protected]
Supervisor: Lo Persson, Bengt Widegren , Physiology and Neuroscience
Submission date/time: 1998-10-06
Examensarbete i biologi, naturvetenskapliga fakulteten, Lunds universitet
Importance of the Untranslated Regions of Ornithine Decarboxylase mRNA
in the Regulation of the Enzyme
Janna Holmgren
Biology, Molecular Genetics
Spring 1998
Abstract in English
The intracellular homeostasis of polyamines is essential for cell growth and differentiation. The first
and rate-limiting step in the biosynthesis of polyamines is ornithine decarboxylase (ODC), which is
a highly regulated enzyme. The means by which its activity is regulated are still elusive.
Polyamines exert a strong feedback control of ODC expression. Furthermore, ODC is strongly
induced by hypotonic stress. The polyamine-mediated feedback regulation and hypotonic induction
of enzyme activity share striking similarities. Both regulatory processes induce a significant change
in ODC activity without the corresponding change in ODC mRNA levels, indicating a translational
mechanism. The 5’ untranslated region (UTR) of ODC mRNA has a strong inhibitory effect on the
translation of the subsequent coding sequence. The 3’ UTR of the mRNA on the other hand, has
been shown to exert a relieving effect on this inhibition, implying some sort of cooperation.
In order to evaluate the importance of the UTR’s of ODC mRNA in the regulation of the enzyme, a
construct was made devoid of the UTR’s and only containing the coding sequence of ODC. The
construct, which was first shown to function in a transient expression system, was transfected into
ODC-deficient CHO-cells, whereupon cells with a stable expression of the construct were isolated.
Examination of these cells showed that the polyamine feedback regulation of the ODC activity was
still functional in the absence of both UTR’s. Interestingly, it was demonstrated that no induction
was obtained in the stable transfectants after hypotonic shock indicating a discrepancy between
polyamine-mediated feedback regulation and hypotonic induction of the enzyme.
This is the first demonstration of a role of the ODC mRNA UTR’s in the regulation of the enzyme.
