Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erbgutkopie reist im Protein-Koffer

23.05.2012
Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.

Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.


Export von Boten-RNA durch Kernporenkomplexe (violette Strukturen), gesehen aus dem Inneren des Zellkerns. Die blaue Ebene stellt die Hülle des Zellkerns dar. Die roten Kugeln zeigen einzelne Positionen der Boten-RNA.
(c) Grafik: Max Brauner/Uni Bonn


Munddrüsenzellkerne: Die Zellkerne entsprechen dem inneren ovalen Bereich in den unterschiedlichen Einzelbildern. Die Boten-RNA in den Zellkernen wurde mit Fluoreszenzfarbstoffen markiert und mittels Laserstrahlung zum Leuchten angeregt.
(c) Foto: Jan Peter Siebrasse/Uni Bonn

Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren Organismen gut geschützt im Zellkern. „Dort stellt eine Art Kopierer rund um die Uhr Abschriften der Informationen her, die gerade benötigt werden“, sagt Erstautor Jan Peter Siebrasse vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn. Die Abschriften enthalten die Information, die die Zelle etwa zur Herstellung lebenswichtiger Enzyme oder sonstiger Baustoffe braucht. Diese Kopien bestehen aus Boten-RNA. Sie wandern auf zufälligen Pfaden zur Hülle des Zellkerns und von dort durch die Kernporen in das Zytoplasma, das die Zellen wie ein Wackelpudding ausfüllt.

Strikte Qualitätskontrolle an der Pore

Die Arbeitsgruppe hat herausgefunden, dass die Boten-RNA vor dem endgültigen Transport kurz an den Poren in der Kernhülle verweilt - vermutlich für eine letzte „Qualitätskontrolle“ oder einfach, weil sie sich passend zum Poreneingang ausrichten muss. Der Exportprozess dauert dann insgesamt nur wenige Hundertstel bis zu mehreren Sekunden. „Vermutlich braucht der Prozess für große, voluminöse Boten-RNA-Moleküle deutlich länger als für kleinere“, sagt Prof. Dr. Ulrich Kubitscheck, Leiter der Arbeitsgruppe Biophysikalische Chemie und Letztautor der Publikation.

Interessanterweise führt nur etwa jede vierte Kollision von eintreffender Boten-RNA mit der Kernhülle zu einem erfolgreichen Export. Dabei konnten zwei Arten von Prozessen unterschieden werden: Einerseits kurze Kollisionen mit der Kernhülle, bei denen vermutlich gar keine Pore getroffen wurde. Andererseits langsam ablaufende Transportabbrüche, bei denen vielleicht die Qualitätskontrolle negativ ausfiel.

RNA wird in einen „Reisekoffer“ aus Proteinen verpackt

Für den Transport wird die RNA gewissermaßen in einen „Reisekoffer“ aus Proteinen verpackt. „Und der ist ein ziemlicher Brocken“, schmunzelt Prof. Kubitscheck. Manche seiner Kollegen vermuten daher, dass es auf der Außenseite des Kerns Helfer geben muss, die den „Koffer“ durch die Poren zerren. Eine These, die der gelernte Physiker zusammen mit dem Molekularbiologen Jan Peter Siebrasse, gegenwärtig überprüft.

Was auf dem Weg vom Kopierer zu den Poren genau passiert, ist in den letzten Jahren unter anderem von Prof. Kubitschecks Arbeitsgruppe an der Universität Bonn aufgeklärt worden. „Schlüsselexperimente dazu hat der Biologe Dr. Roman Veith durchgeführt, dessen Promotion in diesem Jahr mit dem Dr. Edmund ter Meer-Promotionspreis der Universitätsgesellschaft ausgezeichnet wird“, berichtet Prof. Kubitscheck. Für diese Experimente wurde die Boten-RNA so verändert, dass sie bei Bestrahlung mit Laserlicht farbig aufleuchtete. So konnten die Forscher den Weg einzelner Moleküle der Erbgut-Abschriften in lebenden Munddrüsenzellen einer Mückenart mit bis zu 500 Bildern pro Sekunde aufzeichnen. Ein Lichtmikroskop mit einer Hochgeschwindigkeitskamera ermöglichte die Beobachtung.

Forscher konstruierten spezielles Lichtmikroskop

Nachdem die Transportprozesse zwischen „Kopierer“ und Zellkernhülle verstanden waren, haben sich Prof. Kubitscheck und seine Kollegen in den vergangenen Jahren auf den direkten Transportprozess durch die Kernporen konzentriert. Um ihn beobachten zu können, haben sie in jahrelanger Arbeit ein hochempfindliches Lichtmikroskop konstruiert, das auf der Basis der Lichtscheibenbeleuchtung arbeitet. Es ermöglicht eine schonende Abbildung lebender Proben und erzeugt bei der Aufnahme von Bildern mit hoher Frequenz einen ungewöhnlich hohen Kontrast.

Prozess ist von fundamentalem biologischem Interesse

Die Frage, wie die Boten-RNA vom Zellkern in die Zelle gelangt, ist von fundamentalem biologischen Interesse, wie der begleitende Kommentar zur Arbeit der Bonner Wissenschaftler von Prof. Dr. Thoru Pederson (University of Massachusetts Medical School) betont. Dazu gab es in den vergangenen Jahren zwei Publikationen von Arbeitsgruppen aus den USA und aus Israel. Bei diesen Arbeiten sei jedoch die Boten-RNA mit Zusatzstoffen verändert worden, die das Volumen dieser Moleküle mindestens verdoppelt haben. Im Gegensatz dazu hat die Bonner Arbeitsgruppe die Boten-RNA auf eine vernachlässigbare Weise modifiziert, wie Prof. Pederson herausstellt.

Publikation: Nuclear export of single native mRNA molecules observed by light sheet fluorescence microscopy, „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS), DOI: 10.1073/pnas.1201781109

Kontakt:

Prof. Dr. Ulrich Kubitscheck
Institut für Physikalische und Theoretische Chemie
Tel. 0228/732262
E-Mail: u.kubitscheck@uni-bonn.de

Johannes Seiler | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-bonn.de
http://www3.uni-bonn.de/Pressemitteilungen/134-2012

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Krebsdiagnostik: Pinkeln statt Piksen?
25.05.2018 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Kugelmühlen statt Lösungsmittel: Nanographene mit Mechanochemie
25.05.2018 | Technische Universität Dresden

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: Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

Je mehr die Elektronik Autos lenkt, beschleunigt und bremst, desto wichtiger wird der Schutz vor Cyber-Angriffen. Deshalb erarbeiten 15 Partner aus Industrie und Wissenschaft in den kommenden drei Jahren neue Ansätze für die IT-Sicherheit im selbstfahrenden Auto. Das Verbundvorhaben unter dem Namen „Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 7,2 Millionen Euro gefördert. Infineon leitet das Projekt.

Bereits heute bieten Fahrzeuge vielfältige Kommunikationsschnittstellen und immer mehr automatisierte Fahrfunktionen, wie beispielsweise Abstands- und...

Im Focus: Powerful IT security for the car of the future – research alliance develops new approaches

The more electronics steer, accelerate and brake cars, the more important it is to protect them against cyber-attacks. That is why 15 partners from industry and academia will work together over the next three years on new approaches to IT security in self-driving cars. The joint project goes by the name Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) and has funding of €7.2 million from the German Federal Ministry of Education and Research. Infineon is leading the project.

Vehicles already offer diverse communication interfaces and more and more automated functions, such as distance and lane-keeping assist systems. At the same...

Im Focus: Mit Hilfe molekularer Schalter lassen sich künftig neuartige Bauelemente entwickeln

Einem Forscherteam unter Führung von Physikern der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, spezielle Moleküle mit einer angelegten Spannung zwischen zwei strukturell unterschiedlichen Zuständen hin und her zu schalten. Derartige Nano-Schalter könnten Basis für neuartige Bauelemente sein, die auf Silizium basierende Komponenten durch organische Moleküle ersetzen.

Die Entwicklung neuer elektronischer Technologien fordert eine ständige Verkleinerung funktioneller Komponenten. Physikern der TU München ist es im Rahmen...

Im Focus: Molecular switch will facilitate the development of pioneering electro-optical devices

A research team led by physicists at the Technical University of Munich (TUM) has developed molecular nanoswitches that can be toggled between two structurally different states using an applied voltage. They can serve as the basis for a pioneering class of devices that could replace silicon-based components with organic molecules.

The development of new electronic technologies drives the incessant reduction of functional component sizes. In the context of an international collaborative...

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Im Fokus: Klimaangepasste Pflanzen

25.05.2018 | Veranstaltungen

Größter Astronomie-Kongress kommt nach Wien

24.05.2018 | Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

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

Untersuchung der Zellmembran: Forscher entwickeln Stoff, der wichtigen Membranbestandteil nachahmt

25.05.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

25.05.2018 | Informationstechnologie

Kugelmühlen statt Lösungsmittel: Nanographene mit Mechanochemie

25.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

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