Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuer Mechanismus der Genregulation entschlüsselt

08.09.2014

Die Erbinformation im menschlichen Genom wird in Proteine übersetzt, die letztlich die biologischen Funktionen im Organismus ausführen. Eine wichtige regulatorische Rolle spielt dabei die Boten-RNA (mRNA), die als molekulare Übersetzungsvorlage dient. Wissenschaftler des Helmholtz Zentrums München und der Technischen Universität München haben in Zusammenarbeit mit internationalen Kollegen nun den molekularen Mechanismus entschlüsselt, der die spezifische Erkennung von mRNA vermittelt und wesentlich dazu beiträgt, die unterschiedliche Genregulation in männlichen und weiblichen Organismen zu verstehen. Die Ergebnisse sind in der renommierten Fachzeitschrift ‚Nature‘ veröffentlicht.

Die Anzahl der Gene von Mensch, Maus, und Fruchtfliege ist mit etwa 20.000 fast identisch und kann alleine die Unterschiede zwischen den Organismen nicht erklären. Für die Evolution ist also nicht nur die Genzahl, sondern wesentlich auch die Regulation der Gene entscheidend.

Beim Ablesen der DNA entsteht zunächst mRNA, die anschließend als Vorlage für die Herstellung von Proteinen dient. Die Proteinherstellung wird dabei reguliert, indem regulatorische Proteine an die mRNA binden. Wie diese Proteine die RNA spezifisch erkennen, ist aber bislang im Wesentlichen unverstanden.

Ein internationales Team unter Federführung des Helmholtz Zentrums München (HMGU) und der Technischen Universität München hat nun die Raumstruktur eines solchen regulatorischen Protein-RNA-Komplexes bestimmt. Dazu kombinierten sie Röntgenstrukturanalyse und NMR* Spektroskopie, durchgeführt vom Münchner Team, mit Kleinwinkelstreuungs-Untersuchungen, die am Institut Laue-Langevin in Grenoble stattfanden.

Die Wissenschaftler untersuchten am Modell der Fruchtfliege die Bildung eines spezifischen Komplexes der regulatorischen Proteine Sxl (Sex-lethal) und Unr (Upstream-of-N-Ras) mit Boten-RNA. Dieser Proteinkomplex sorgt dafür, dass die Expression von Genen, die auf dem einzigen männlichen (XY) X-Chromosom lokalisiert sind, zweimal größer ist als die der X-Chromosomen in weiblichen (XX) Fruchtfliegen. Dadurch wird eine vergleichbare Proteinkonzentration erreicht, die für die Fruchtfliegen lebensnotwendig ist.

Paradigma für die Genregulation

Die Raumstruktur des Protein-RNA Komplexes zeigt nun, wie mehrere Proteine zusammenarbeiten, um eine hochspezifische Erkennung der mRNA zu ermöglichen. „Unsere Ergebnisse stellen ein Paradigma für die Regulation vieler essentieller zellulärer Prozesse auf der Ebene der Boten-RNA dar“, erklärt Sattler, Leiter des Instituts für Strukturbiologie am HMGU.

Die spezifische Erkennung der Boten-RNA wird durch die Kooperation mehrerer RNA-bindender Proteine ermöglicht, obwohl jedes der beteiligten Proteine für sich alleine weniger spezifisch mit RNA wechselwirkt und an der Regulation anderer Zellprozesse beteiligt ist. Durch die Kombination mehrerer Proteine kann so eine Vielzahl von biologischen Prozessen auf der Ebene der mRNA mit einer relativ kleinen Zahl von regulatorischen RNA-bindenden Proteinen reguliert werden.

Die Autoren gehen davon aus, dass dieses Prinzip einen essentiellen und weitverbreiteten Mechanismus der Genregulation in allen höheren Organismen darstellt. Mutationen bzw. Missregulation der beteiligten Proteine können dementsprechend die Entstehung von Krankheiten zur Folge haben.

Die Arbeiten führten Wissenschaftler um Dr. Janosch Hennig, Dr. Grzegorz Popowicz und Professor Dr. Michael Sattler vom Helmholtz Zentrum München (HMGU) und der Technischen Universität München (TUM) gemeinsam mit der Arbeitsgruppe von Dr. Fátima Gebauer am Centre for Genomic Regulation (Barcelona, Spanien) durch. Röntgenstrukturanalyse und NMR* Spektroskopie Untersuchungen fanden am Institut für Strukturbiologie des HMGU und dem Bayerischen NMR Zentrum (TUM und HMGU) statt. Kleinwinkelstreuungs-Untersuchungen führte Dr. Frank Gabel am Institut Laue-Langevin und dem Institut Biologie Structurale (Grenoble, Frankreich) durch.

Weitere Informationen

* NMR= Nuclear Magnetic Resonance (Kernspinresonanz)

Original-Publikation:
Hennig, J. et al. (2014). Structural basis for the assembly of the SXL-UNR translation regulatory complex, Nature, doi: 10.1038/nature13693

Link zur Fachpublikation: http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature13693.html

Weitere Informationen:

http://www.helmholtz-muenchen.de/aktuelles/uebersicht/pressemitteilungnews/artic...

Dr. Nadja Becker | Helmholtz-Zentrum

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress
23.02.2018 | Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)

nachricht Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren
23.02.2018 | Max-Planck-Institut für molekulare Genetik

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: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

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

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

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