Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein Protein nimmt Maß: Wie Teile einer molekularen Maschine passgenau zusammengefügt werden

12.04.2007
Für das Verständnis zellulärer Vorgänge ist es wichtig zu wissen, wie die beteiligten Moleküle miteinander in Verbindung treten. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen haben jetzt mit biochemischen und biophysikalischen Methoden einen solchen Verband aus zwei Proteinen und einem RNA Molekül im Detail analysiert.

Der untersuchte Molekülkomplex ist Teil des "Spleißosoms", das eine zentrale Rolle bei der Genexpression in höheren Lebewesen spielt. (Science, 6. April 2007)

Gemeinsamkeit macht stark - dieses Prinzip gilt auch für Moleküle in lebenden Zellen. Die meisten biochemischen Prozesse werden dort von Verbänden biologischer Makromoleküle vermittelt. Einige solcher Molekülverbände sind mit zahlreichen Komponenten wahre Giganten des zellulären Nanokosmos. Um die Funktionsweise dieser molekularen Maschinen zu verstehen, ist es notwendig, ihre Konstruktion im atomaren Detail aufzuklären, vergleichbar mit der Erstellung einer technischen Zeichnung.

Das Spleißosom ist eine solche molekulare Maschine, die sich aus über hundert Proteinkomponenten und einer kleineren Zahl von RNA-Molekülen zusammensetzt. Spleißosomen bewerkstelligen einen wichtigen Schritt bei der Genexpression in höheren Organismen. Hierbei müssen aus einer "prä-mRNA", der Abschrift eines Gens der DNA, bestimmte Teile, die keine Information für die Proteinproduktion tragen, herausgeschnitten werden; die Protein-kodierenden Bereiche hingegen müssen präzise zusammengefügt werden. Durch dieses "prä-mRNA-Spleißen" entsteht eine reife mRNA (für engl. messenger ribonucleic acid), die als Grundlage für die Proteinproduktion dient.

Eine Besonderheit des Spleißosoms ist, dass es für jeden Spleißvorgang auf einer prä-mRNA neu zusammengesetzt wird. Hierzu sind die Mehrzahl der spleißosomalen Protein- und RNA-Komponenten bereits im voraus zu Untereinheiten, sog. snRNPs (für engl. small nuclear ribonucleoprotein particles), zusammengefügt, die als Baumodule fungieren. Drei dieser Module sind im U4/U6-U5 tri-snRNP zusammengefasst, das die größte Baueinheit des Spleißosoms bildet. Wenn alle Untereinheiten auf einer prä-mRNA zusammengekommen sind, werden molekulare Umbaumaßnahmen vorgenommen. Erst in deren Folge entsteht eine funktionstüchtige Spleißmaschinerie. Insbesondere muss das U4 snRNP von den U6 und U5 snRNPs abgetrennt und entfernt werden. Das Spleißosom wird dabei gleichsam entriegelt. Auf diese Weise wird der Startschuss zur Spleißreaktion erst gegeben, wenn alle Komponenten ihre funktionalen Positionen eingenommen haben.

Bei der Aktivierung des Spleißosoms könnten zwei Proteine an der Schnittstelle der U4, U6 und U5 snRNPs eine wichtige Rolle spielen: das "15.5K"-Protein, das direkt an ein RNA-Molekül (die U4 snRNA) bindet, und das "Prp31"-Protein, das eine molekulare Brücke vom U4 zum U5 snRNP schlägt. Wissenschaftler am Göttinger Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie haben sich nun diesen Teil der Spleißmaschinerie genauer angeschaut. Die Abteilung von Prof. Reinhard Lührmann hatte durch biochemische Analysen herausgefunden, dass erst nach der Bindung des 15.5K-Proteins an die U4 snRNA der Einbau weiterer Proteinmoleküle, darunter Prp31, vonstatten gehen kann. Solche geordneten Aufbauwege waren bereits aus anderen Protein-RNA-Komplexen bekannt. Dort fungiert das zuerst eingebaute Protein als eine Art Ordnungshüter, der die RNA in eine bestimmte Form bringt. An diese formierte RNA können dann die später bindenden Proteine andocken.

Erste Hinweise, dass im gegebenen Fall ein anderes Prinzip den Aufbau steuert, lieferte die Kernspinresonanzspektroskopie (NMR). Die Gruppe von Dr. Teresa Carlomagno stellte über dieses Verfahren fest, dass das 15.5K-Protein selbst einen Teil der Bindeoberfläche für das Prp31 zur Verfügung stellt. Die Arbeitsgruppe um Dr. Markus Wahl konnte anschließend ein genaues atomares Bild des Molekülverbandes über die Röntgenkristallographie anfertigen (siehe Abbildung). Details dieses Bildes wurden durch weitere biochemische Tests in der Lührmann-Gruppe, z.B. durch die Analyse gezielt veränderter Komponenten, untermauert. Nach den neuen Befunden wirkt das 15.5K-Protein (in der Abbildung rot) formgebend auf einen Teil der RNA (gelb) und präsentiert so dem Prp31 (blau) eine kombinierte Protein-RNA-'Landeplattform'. Im Kernbereich dieser Landeplattform passt das Prp31 zu der kombinierten Protein-RNA-Grundlage wie ein Schlüssel zum Schloss. Einen weiteren, zunächst unstrukturierten Bereich der RNA bringt das Prp31 hingegen erst bei seinem Einbau in eine stabile Form. Beim Andocken nimmt Prp31 genau Maß - es kann nur binden, wenn die RNA eine bestimmte Länge aufweist. So "weiß" Prp31, wo genau in der Zelle es "hingehört".

Die Aufklärung von Struktur-Funktionsbeziehungen zwischen biologischen Makromolekülen bildet eine wichtige Grundlage für unser Verständnis biochemischer Prozesse in lebenden Zellen. Forschungsergebnisse wie hier dargestellt sind aber nicht nur aus grundlagenwissenschaftlicher Sicht wichtig. Beispielsweise ist eine große Zahl menschlicher Erbkrankheiten auf fehlgeleitetes prä-mRNA-Spleißen zurückzuführen. Es besteht die Hoffnung, dass durch eine genauere Kenntnis der molekularen Maschinerie, die diesem zellulären Prozess zugrunde liegt, letztendlich auch ein besserer Einblick in Krankheitsmechanismen möglich wird.

Originalveröffentlichung:
Sunbin Liu, Ping Li, Olexandr Dybkov, Stephanie Nottrott, Klaus Hartmuth, Reinhard Lührmann, Teresa Carlomagno, and Markus C. Wahl: Binding of the Human Prp31 Nop Domain to a Composite RNA-Protein Platform in U4 snRNP. Science 316, 115-120 (6. April 2007)
Weitere Informationen:
Dr. Markus Wahl, Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie, FG Makromolekulare Röntgenkristallographie, Am Faßberg 11, D-37077 Göttingen, Tel: 0551 201-1046, Fax: -1197, eMail: mwahl@gwdg.de

http://www.mpibpc.mpg.de/research/ags/wahl/

Dr. Teresa Carlomagno, Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie, FG Flüssig-NMR-Spektroskopie, Am Faßberg 11, D-37077 Göttingen, Tel: 0551 201-2214, Fax: -2202, eMail: taco@nmr.mpibpc.mpg.de

http://www.mpibpc.mpg.de/research/ags/carlomagno/

Prof. Dr. Reinhard Lührmann, Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, Abt. Zelluläre Biochemie, Am Faßberg 11, D-37077 Göttingen, Tel: 0551 201-1405, Fax: -1197, eMail: reinhard.luehrmann@mpi-bpc.mpg.de

http://www.mpibpc.gwdg.de/research/dep/luehrmann/

Dr. Christoph Nothdurft | idw
Weitere Informationen:
http://www.mpibpc.mpg.de
http://www.mpibpc.mpg.de/groups/pr/PR/2007/07_08/

Weitere Berichte zu: 5K-Protein D-37077 Molekül Protein Prozess Prp31 RNA Spleißosom

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Das Geheimnis der Sojabohne: Mainzer Forscher untersuchen Ölkörperchen in Sojabohnen
20.06.2018 | Max-Planck-Institut für Polymerforschung

nachricht Schlüsselmolekül des Alterns entdeckt
20.06.2018 | Deutsches Krebsforschungszentrum

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: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Im Focus: Revolution der Rohre

Forscher*innen des Instituts für Sensor- und Aktortechnik (ISAT) der Hochschule Coburg lassen Rohrleitungen, Schläuchen oder Behältern in Zukunft regelrecht Ohren wachsen. Sie entwickelten ein innovatives akustisches Messverfahren, um Ablagerungen in Rohren frühzeitig zu erkennen.

Rückstände in Abflussleitungen führen meist zu unerfreulichen Folgen. Ein besonderes Gefährdungspotential birgt der Biofilm – eine Schleimschicht, in der...

Im Focus: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Im Focus: Overdosing on Calcium

Nano crystals impact stem cell fate during bone formation

Scientists from the University of Freiburg and the University of Basel identified a master regulator for bone regeneration. Prasad Shastri, Professor of...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

Hengstberger-Symposium zur Sternentstehung

19.06.2018 | Veranstaltungen

LymphomKompetenz KOMPAKT: Neues vom EHA2018

19.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Breitbandservices von DNS:NET erweitert

20.06.2018 | Unternehmensmeldung

Mit Parasiten infizierte Stichlinge beeinflussen Verhalten gesunder Artgenossen

20.06.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics