Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nachschub für die Massenproduktion - Zentraler Apparat des Zellwachstums sichtbar gemacht

31.12.2007
Zellen müssen große Mengen Protein herstellen, um wachsen zu können. Dazu müssen die Proteinfabriken selbst, die Ribosomen, in hoher Zahl gebildet werden. Der erste Schritt dazu wird durch ein riesiges Enzym im Zellkern bewerkstelligt, die RNA-Polymerase I oder Pol I. Das macht Pol I zu einem wichtigen Regulator des Zellwachstums, das ohne Proteinmassenproduktion nicht erfolgen kann. Gerät das Zellwachstum außer Kontrolle, entsteht Krebs.

Trotz der Bedeutung von Pol I war bislang aber nur wenig über das Enzym bekannt, vor allem, weil es nicht in großen Mengen hergestellt werden konnte. Ein interdisziplinäres Forscherteam um Professor Patrick Cramer und Professor Roland Beckmann, Genzentrum und Department für Chemie und Biochemie der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München konnte nun die dreidimensionale Struktur der Pol I sichtbar machen und ihre Funktion detailliert untersuchen.

Wie in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins "Cell" berichtet, zeigte sich unter anderem, dass Pol I sorgfältiger arbeitet als die bislang untersuchte Schwester-Polymerase Pol II, die die Baupläne für die Proteinsynthese liefert. Cramer und Beckmann gehören dem Exzellenzcluster "Center for integrated Protein Science Munich (CIPSM)" an.

Wie das bei Geschwistern oft ist: Eines bekommt die ganze Aufmerksamkeit, obwohl die anderen nicht weniger interessant sind. Das gilt auch für drei Enzyme, die in den Zellkernen höherer Organismen RNAs produzieren, die RNA-Polymerasen Pol I, II und III. "Die Pol II ist mittlerweile ganz gut verstanden", berichtet Cramer. "Schließlich stellt sie die so genannten mRNAs nach Anleitung der Gene her, die dann als Bauanleitung für Proteine dienen. Von den Schwesterenzymen Pol I und Pol III dagegen weiß man wenig. Dabei ist Pol I eines der wichtigsten Arbeitspferde in der Zelle: Dieses Enzym stellt bis zu 80 Prozent der RNA in der Zelle her und reguliert das Zellwachtum." RNA ist eine dem Erbmolekül DNA nahe verwandte Nukleinsäure und erfüllt in der Zelle zentrale Aufgaben.

... mehr zu:
»Enzym »Pol »RNA »Ribosom »Zellwachstum

Pol I stellt die so genannten rRNAs her, die Hauptbestandteile der Ribosomen, also den zellulären Proteinfabriken. Das Enzym erzeugt ein Vorläufermolekül, das dann in die verschiedenen rRNAs prozessiert wird. Dieser Vorgang ist der erste Schritt beim Aufbau neuer Ribosomen. Dank der vorliegenden Arbeit steht aber nun auch die Pol I im Rampenlicht - und muss sich nicht mehr hinter der berühmten Schwester Pol II verstecken. "Wir konnten zeigen, dass Pol I über Fähigkeiten verfügt, die Pol II nicht hat", so Cramer. "Zum einen hat sie eine eingebaute Funktion zur Fehlerkorrektur. So ist sichergestellt, dass die RNA-Produkte und damit auch die Ribosomen ordentlich funktionieren. Zudem sorgt ein eingebauter Elongationsfaktor dafür, dass Pol I nicht stehen bleibt und das RNA-Produkt fertig stellt."

Dafür aber mussten die Wissenschaftler alle technischen Register ziehen. Pol I ist ein sehr großes und komplexes Enzym mit 14 Untereinheiten und etwa 50.000 Atomen. Allein das Enzym in ausreichender Menge zu gewinnen, erforderte Jahre. Den Forschern kam bei der Aufklärung der Struktur zugute, dass es Ähnlichkeiten zwischen den Schwesterpolymerasen gibt. Das betrifft vor allem die zentralen Regionen des Enyzms. Diese Bereiche konnten die Wissenschaftler aufgrund der bereits strukturell entschlüsselten Pol II modellieren. Ein wichtiger Bereich, bei dem aber keine Modellierung möglich war, wurde kristallisiert und einer Röntgenanalyse unterzogen. Dabei zeigte sich, wie dieser Bereich bei der Initiaton der RNA-Synthese funktioniert.

Nach Zusammenfügen aller Puzzle-Teile wurde ein komplettes Modell des Enzyms mit allen 14 Untereinheiten erstellt, was eine Analyse mittels Kryo-Elektronenmikroskopie erforderte. Anders als bei dem herkömmlichen Verfahren werden die Präparate dabei nicht chemisch fixiert, sondern schockgefroren - in der Hoffnung, ein "lebensechtes" Bild zu erhalten. "Nun konnten wir erstmals ein komplettes Modell der Pol I erhalten. Es zeigt eine einzigartige Oberflächenstruktur, die Wechselwirkungen mit spezifischen Faktoren ermöglicht und teilweise erklärt, wie die verschiedenen Polymerasen ihre zugeordneten Gene finden", so Cramer.

Publikation:
"Functional Architecture of RNA Polymerase I",
Claus-D. Kuhn, Sebastian R. Geiger, Sonja Baumli, Marco Gartmann, Jochen Gerber, Stefan Jennebach, Thorsten Mielke, Herbert Tschochner, Roland Beckmann, and Patrick Cramer Cell, 28. Dezember 2007
Ansprechpartner:
Professor Dr. Patrick Cramer (bis 2. Januar 2008 nur per E-Mail zu erreichen) Direktor des Genzentrums der LMU Department für Chemie und Biochemie
Tel.: 089-2180-76965
Fax: 089-2180-76999
E-Mail: cramer@lmb.uni-muenchen.de
Professor Dr. Roland Beckmann
Genzentrum der LMU und
Department für Chemie und Biochemie
Tel.: 089-2180-76900
E-Mail: beckmann@lmb.uni-muenchen.de

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-muenchen.de/

Weitere Berichte zu: Enzym Pol RNA Ribosom Zellwachstum

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse
21.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Wie Pflanzen ihr Gedächtnis vererben
21.08.2017 | Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Neptun regnet es Diamanten: Forscherteam enthüllt Innenleben kosmischer Eisgiganten

21.08.2017 | Physik Astronomie

Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse

21.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Institut für Lufttransportsysteme der TUHH nimmt neuen Cockpitsimulator in Betrieb

21.08.2017 | Verkehr Logistik