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 Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen
20.09.2017 | Veterinärmedizinische Universität Wien

nachricht Molekulare Kraftmesser
20.09.2017 | Max-Planck-Institut für Biochemie

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: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik