Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Einblicke in den dynamischen Aufbau der molekularen Spleißmaschine

18.03.2005


Zwei Ansichten der dreidimensionalen Struktur des U11/U12 di-snRNP, die mittels der dreidimensionalen Kryo-Elektronenmikroskopie bestimmt wurde. Einzelne Proteindomänen sind farblich hinterlegt. (Quelle: Stark/MPIbpc)


Wie aus der genetischen Information einer Zelle Proteine erzeugt werden, ist gegenwärtig ein zentrales Thema biochemischer Forschung. Eine besondere Rolle spielen dabei "Spleißosomen", kleine molekulare Maschinen, die Stücke aus der RNA ausschneiden und neu aneinander heften. Wissenschaftlern am MPI für biophysikalische Chemie in Göttingen sind mit elektronenmikroskopischen Methoden jetzt erste Einblicke in den molekularen Aufbau eines Spleißosoms gelungen. (Molecular Cell, 18.3.2005)


Die genetische Information (DNA) in einer Zelle dient als Vorlage zur Synthese von Proteinen. Dabei wird zuerst die DNA in eine so genannte Boten-RNA (mRNA) übersetzt. Die Information der mRNA wird dann direkt für die Synthese von Proteinen verwendet. Ein wichtiger Schritt in dieser Kette vom Gen zum Protein ist die Prozessierung der mRNA in ein für die Synthese geeigneten, reifen Zustand. Dafür müssen Sequenzbereiche aus der so genannten prä-mRNA herausgeschnitten werden, die nicht für die Protein-Synthese vorgesehen sind. Dieses Herausschneiden wird beim Menschen von den so genannten Spleißosomen punktgenau durchgeführt. Diese Spleißosomen werden in einem hochdynamischen Assemblierungsweg aus kleineren Bausteinen zusammengesetzt, über den bisher auf dreidimensionaler Ebene wenig bekannt ist. Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie ist es jetzt gelungen, die dreidimensionale Struktur eines der Hauptspieler des Spleißosoms zu bestimmen und so erste visuelle Einblicke in die frühen Assemblierungsschritte des Spleißosoms zu gewinnen.

Das Herausschneiden der für die Proteinsynthese nicht benötigten Sequenzen (Introns) und das Zusammenfügen der für die Proteinsynthese relevanten Sequenzen (Exons) wird in Analogie zum Verbinden von offenen Seilenden auch als "Spleißen" bezeichnet. Das Spleißen stellt einen bedeutenden Prozess zur außerordentlichen Erhöhung der Proteinvielfalt dar, da durch unterschiedliche Verknüpfung und Überspringen von Exons verschiedene Proteine mit unterschiedlichen Eigenschaften aus einem einzelnen Gen erhalten werden können. Welche besondere Bedeutung das Spleißen für den Menschen hat, wird deutlich bei Betrachtung der Vielzahl von Krankheiten, die mit Fehlfunktionen des Spleißprozesses assoziiert sind. Hierzu zählen unter anderem bestimmte Formen der Retinitis pigmentosa, einer Krankheit, die zur Erblindung führen kann, die spinale Muskelatrophie Werdnig-Hoffmann, einer Erkrankung der Nervenzellen des Rückenmarks, die innerhalb der ersten Lebensjahre tödlich verlaufen kann, sowie bestimmte Formen von bösartigen Tumoren.


Für ein vertieftes Verständnis des Spleißvorganges und somit auch für die Möglichkeit, aus diesem Wissen neue therapeutische Ansätze zu entwickeln, ist es notwendig, die Funktion und Dynamik des zugrundeliegenden Prozesses zu kennen. Hierbei spielt die Bestimmung der dreidimensionalen Struktur eine wichtige Rolle. In einer früheren Studie (vgl. Pressemitteilung vom 26.05.2003) konnten Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts bereits einen ersten Einblick in das Herz der molekularen Spleißmaschine gewinnen und einzelne Proteindichten zentralen Schlüsselproteinen zuordnen. Hierbei stellte sich heraus, dass eines der Proteine des so genannten Spleißfaktors 3b (SF3b), das sich direkt am katalytisch aktiven Zentrum des Spleißosoms befindet, im Inneren des Komplexes, vollständig umgeben von weiteren Proteindichten, lokalisiert ist. Diese bemerkenswerte Architektur des Komplexes warf die mechanistische Frage auf, wie die prä-mRNA in das Innere des Komplexes gelangen könnte. Wissenschaftler des Max-Planck-Institutes für biophysikalische Chemie in Göttingen konnten jetzt den Mechanismus auf der dreidimensionalen Ebene entschlüsseln.

In Zusammenarbeit mit Dr. Cindy Will aus der Abteilung von Prof. Reinhard Lührmann konnten Monika Golas und Björn Sander aus der Arbeitsgruppe von Dr. Holger Stark im Rahmen ihrer Doktorarbeiten die dreidimensionale Struktur des sogenannten U11/U12 di-snRNPs, eines der Hauptakeure des minoren Spleißosoms, mit einer Auflösung von etwa 1 Millionstel Millimeter mit Hilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie bestimmen (Abbildung). Das Elektronenmikroskop wird hierbei, ähnlich wie bei der Computertomographie in der Medizin, zur Aufnahme von zweidimensionalen Projektionsbildern verwendet, die anschließend mittels in der Arbeitsgruppe neu entwickelter Computerprogramme in dreidimensionale Strukturen zurückgerechnet werden können. Aufgrund der hohen Auflösung konnten in dem nur maximal 26 Millionstel Millimeter großen Partikel direkt wichtige Proteine zugeordnet und ein Modell für den Aufbau der frühen Formen des Spleißosoms im Rahmen seiner Assemblierung entwickelt werden. Demnach liegt der Schlüssel zum Mechanismus der prä-mRNA-Bindung in einer Öffnung der Struktur des SF3bs. Hierdurch wird das zentrale Protein des SF3bs an die Oberfläche verlagert und kann so direkt mit der prä-mRNA interagieren. Zukünftige Studien sind zur Klärung geplant, wie und an welchen Schritten die struktuelle Änderung vorgenommen wird und welche Komponenten daran beteiligt sind.

Dr. Christoph Nothdurft | idw
Weitere Informationen:
http://www.mpibpc.mpg.de
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Protein SF3b Spleißmaschine Spleißosom Synthese

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kontinentalrand mit Leckage
27.03.2017 | MARUM - Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen

nachricht Neuen molekularen Botenstoff bei Lebererkrankungen entdeckt
27.03.2017 | Universitätsmedizin Mannheim

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: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

Zweites Symposium 4SMARTS zeigt Potenziale aktiver, intelligenter und adaptiver Systeme

27.03.2017 | Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fließender Übergang zwischen Design und Simulation

27.03.2017 | HANNOVER MESSE

Industrial Data Space macht neue Geschäftsmodelle möglich

27.03.2017 | HANNOVER MESSE

Neue Sicherheitstechnik ermöglicht Teamarbeit

27.03.2017 | HANNOVER MESSE