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 Einblick ins geschlossene Enzym
26.06.2017 | Universität Konstanz

nachricht 'Fix Me Another Marguerite!'
23.06.2017 | Universität Regensburg

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: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Future Security Conference 2017 in Nürnberg - Call for Papers bis 31. Juli

26.06.2017 | Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Digital Mobility“– 48 Mio. Euro für die Entwicklung des digitalen Fahrzeuges

26.06.2017 | Förderungen Preise

Fahrerlose Transportfahrzeuge reagieren bald automatisch auf Störungen

26.06.2017 | Verkehr Logistik

Forscher sorgen mit ungewöhnlicher Studie über Edelgase international für Aufmerksamkeit

26.06.2017 | Physik Astronomie