Molekularbiologie: Lesehilfe für lange Gene

Alle Zellen höherer Organismen enthalten im Zellkern die fadenförmige Erbsubstanz DNA, in der die genetische Information festgelegt ist. Die Umsetzung der genetischen Information in Proteine – die Funktionsträger der Zelle – ist ein hoch komplexer Prozess, für den die DNA mithilfe des Enzyms RNA-Polymerase II (RNAP II) zunächst in das Botenmolekül mRNA übersetzt werden muss. Dieser Vorgang wird als Transkription bezeichnet.

Anschließend verlässt die mRNA den Zellkern in Richtung Zytoplasma, wo die Produktion der Proteine stattfindet. Für beide Prozesse spielt der sogenannte TREX-Komplex eine Schlüsselrolle: Er koppelt die Transkription mit dem mRNA-Export, indem er sowohl mit der Transkriptionsmaschinerie interagiert als auch bestimmte Exportmoleküle rekrutiert.

„Es ist seit langem bekannt, dass TREX an die DNA rekrutiert wird. Wie er jedoch dort hinkommt, war bisher unklar“, sagt die Biochemikerin Katja Sträßer vom Genzentrum der LMU. Die Funktionsweise von TREX ist ein Schwerpunkt von Sträßers Forschung, die bereits an der Entdeckung des Komplexes beteiligt war. In ihrer neuen Studie untersuchte Sträßer mit ihrem Team, wo genau im Genom der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae TREX an die DNA bindet – und fand dabei umso mehr TREX, je länger ein Gen war. „Das brachte uns auf den Mechanismus, wie TREX an das Gen rekrutiert wird“, sagt Dominik Meinel, der Erstautor der Studie.

Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass der TREX-Komplex direkt an die sogenannte C-terminale Domäne (CTD) bindet, die größte Untereinheit der RNAPII. Die CTD ist bekannt dafür, zahlreiche Proteine an die RNAPII zu rekrutieren, die die Transkription unterstützen oder für die Prozessierung der mRNA wichtig sind. Zur Überraschung der Wissenschaftler konnten sie für TREX allerdings erstmals einen völlig neuen Rekrutierungsmechanismus nachweisen: „Mit fortschreitender Transkription wird zunehmend TREX an die CTD rekrutiert – also immer mehr, je länger ein Gen ist. Dieser Anstieg von TREX entlang des Gens ist wichtig, damit lange Gene adäquat abgelesen und umgesetzt werden können“, sagt Sträßer.

Damit spielt TREX vermutlich für die korrekte Genexpression eine sehr wichtige Rolle: Indem er gleichzeitig an RNAP II und die mRNA bindet, hilft der Komplex, für die Zelle schwierig zu handhabende große mRNA-Moleküle in der Nähe der CTD zu halten – die wiederum als Andockstelle für viele weitere Akteure der mRNA-Synthese dient. „Dies gibt neue Impulse für unser Verständnis, wie die vielen Einzelschritte von der Synthese der mRNA bis hin zum Export aus dem Zellkern verknüpft sind. Diese Verknüpfung stellt vermutlich sicher, dass nur korrekte mRNAs zur Proteinsynthese verwendet werden. In der Zukunft werden wir untersuchen, ob TREX dabei als eine Art Kontrolleur dient“, sagt Sträßer. göd

Publikation:
Recruitment of TREX to the Transcription Machinery by its Direct Binding to the Phospho-CTD of RNA Polymerase II
Dominik M. Meinel, Cornelia Burkert-Kautzsch, Anja Kieser, Eoghan O’Duibhir, Matthias Siebert, Andreas Mayer, Patrick Cramer, Johannes Söding, Frank C.P. Holstege, Katja Sträßer
PLOS Genetics 2013
doi:10.1371/journal.pgen.1003914
Kontakt:
Dr. Katja Sträßer
Department Chemie
und Genzentrum der LMU
Tel.: +49 (0)89 2180-76937
E-Mail: strasser@genzentrum.lmu.de
Web: www.cup.uni-muenchen.de/dept/bc/straesser.php