Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Einblicke in die Struktur der molekularen Spleißmaschine

23.10.2006
Um die genetische Information des Zellkerns in Proteine zu übersetzen, wird die RNA in menschlichen Zellkernen von einer komplexen molekularen Maschine, dem Spleißosom, präzise zugeschnitten. Wissenschaftlern am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen ist es jetzt gelungen, erstmals eine dreidimensionale Karte der größten Untereinheit des Spleißosoms zu bestimmen. (Molecular Cell, 20.Okt)

In menschlichen Zellen ist der genetische Bauplan von Proteinen in langen Desoxyribonukleinsäure (DNA)-Molekülen verschlüsselt. Um die Information für die Proteinherstellung nutzbar zu machen, müssen im Zellkern zunächst Ribonukleinsäure-(RNA)-Kopien der DNA erstellt werden. Diese RNA-Kopien können jedoch erst dann für die Proteinherstellung verwendet werden, wenn durch präzisen Zuschnitt einige nicht benötigte interne Bereiche (sog. "Introns") entfernt und die informationsrelevanten Bereiche ("Exons") neu verbunden worden sind.

Das Entfernen der Introns wird in Anlehnung an das Trennen und Verknüpfen von Seilenden in der Seefahrt als "Spleißen" bezeichnet. Komplexe Makromoleküle, die so genannten Spleißosomen, führen diese Aufgabe aus. Sie bestehen ihrerseits aus über 150 verschiedenen Proteinen sowie einigen RNA-Molekülen, die sich für jede Runde von Schnitt und Verknüpfung auf der RNA zusammenbauen müssen. Dazu werden im menschlichen Zellkern aus der Vielzahl dieser Einzelkomponenten zunächst eine Reihe vorgefertigter Komplexe (sog. snRNPs) bereitgestellt, die dann den Zusammenbau des vollständigen Spleißosoms in wenigen Schritten ermöglichen. Spleißosomen wählen die zu verknüpfenden Exons gewebespezifisch aus und erhöhen somit dramatisch die Proteinvielfalt im menschlichen Körper. Die Bedeutung dieses Vorgangs erschließt sich aus zahlreichen, mit Fehlfunktionen des Spleißens assoziierten Erkrankungen, darunter viele bösartige Tumorkrankheiten, in denen die Präzision der Exon-Verknüpfung gestört ist.

Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie ist es jetzt gelungen, die dreidimensionale (3D) Struktur der größten Untereinheit des Spleißosoms (des sog. "U4/U6.U5 tri-snRNP") mit Hilfe eines hochauflösenden Elektronenmikroskops zu entschlüsseln und so dessen Aufbau in einer präzisen Karte darzustellen. Eine Schlüsselkomponente der korrekten Exonerkennung ist das im tri-snRNP vorkommende RNA-Mokekül "U5 snRNA", das nun einem kleinen zentralen Bereich des nur 30 Millionstel Millimeter großen tri-snRNP direkt zugeordnet werden konnte.

Interessanterweise ist der tri-snRNP wiederum aus zwei Untereinheiten, dem U4/U6 snRNP und dem U5 snRNP aufgebaut, die zusätzlich jeweils separat aus menschlichen Zellkernen gewonnen und in ihrer 3D Struktur untersucht werden konnten. Dabei konnte gezeigt werden, dass die molekularen Maschinen auch in Abwesenheit eines RNA-Substrates ständig in Bewegung sind und sich das U5 snRNA-Molekül in einem hochdynamischen Teil des tri-snRNP befindet. Dieser Teil wird beim Zusammenbau des tri-snRNPs aus seinen Komponenten von einer gekrümmten in eine längliche Form "verbogen", wodurch seine Beweglichkeit eingeschränkt, aber nicht vollständig aufgehoben wird. Zukünftige Studien sollen nun die strukturelle Grundlage der Exon-Erkennung näher untersuchen.

Bei der hier verwendeten Methode der 3D Kryo-Elektronenmikroskopie werden die Makromoleküle vor den schädigenden Einflüssen des Elektronenstrahls geschützt, indem sie umgeben von Eis auf -180°C abgekühlt werden. Dann werden, ähnlich wie bei der medizischen Computertomographie, Projektionsbilder der Moleküle erstellt, aus denen anschließend mittels aufwendiger Rechenverfahren die Struktur bestimmt wird. In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Abteilung für Zelluläre Biochemie von Prof. Reinhard Lührmann und der "Bio-Future"-Forschungsgruppe für 3D Kryo-Elektronenmikroskopie von Dr. Holger Stark konnten Dr. Björn Sander, Dr. Monika Golas und Dr. Berthold Kastner die Molekülkomplexe aus Zellkulturen isolieren und erstmals für die 3D Kryo-Elektronenmikroskopie verfügbar machen. Hierbei waren in der Arbeitsgruppe entwickelte, neue Verfahren zur Probenaufbereitung und Strukturberechnung entscheidend, die eine Auflösung der tri-snRNP Struktur von 2 Millionstel Millimetern ermöglichten.

Originalveröffentlichung:
Bjoern Sander, Monika M. Golas, Evgeny M. Makarov, Hero Brahms, Berthold Kastner, Reinhard Lührmann, and Holger Stark: Organization of Core Spliceosomal Components U5 snRNA Loop I and U4/U6 Di-snRNP within U4/U6.U5 Tri-snRNP as Revealed by Electron Cryomicroscopy. Molecular Cell 24, 267-278 (20.Oktober 2006). DOI 10.1016/j.molcel.2006.08.021
Weitere Informationen:
Dr. Holger Stark, Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, FG 3D Kryo-Elektronenmikroskopie, Am Fassberg 11, 37077 Göttingen, Tel: 0551 201-1305, Fax: -1197

Dr. Christoph Nothdurft | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpibpc.mpg.de/groups/stark/
http://www.mpibpc.mpg.de/groups/pr/PR/2006/06_22/

Weitere Berichte zu: Kryo-Elektronenmikroskopie RNA Spleißosom U4/U6 Zellkern

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Proteine zueinander finden
21.02.2017 | Charité – Universitätsmedizin Berlin

nachricht Kleine Moleküle gegen altersbedingte Erkrankungen
21.02.2017 | Universität Bayreuth

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: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Im Focus: Breakthrough with a chain of gold atoms

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

Im Focus: Hoch wirksamer Malaria-Impfstoff erfolgreich getestet

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungen

Physikerinnen und Physiker diskutieren in Bremen über aktuelle Grenzen der Physik

21.02.2017 | Veranstaltungen

Kniffe mit Wirkung in der Biotechnik

21.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit den Betriebsräten Sozialpläne

21.02.2017 | Unternehmensmeldung

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Zur Sprache gebracht: Und das intelligente Haus „hört zu“

21.02.2017 | Messenachrichten