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 Eine Karte der Zellkraftwerke
18.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung
18.08.2017 | Deutsches Zentrum für Infektionsforschung

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: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie