Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zelluläres Wettrüsten gegen DNA-Parasiten: Wie winzige RNAs springende Gene zähmen

17.11.2016

Ein Forscherteam am Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) konnte erstmals aufklären, wie kleine RNA Fragmente in der Zelle zu einem effektiven Sicherheitsystem gegen Genomparasiten generiert werden, wie das Fachjournal Nature in seiner aktuellen Ausgabe berichtet.

Wäre unser Erbgut ein Haus, so wären neben den offiziellen Bewohnern auch jede Menge Hausbesetzer zu Gange. Ein sehr großer Teil—beim Menschen sind es fast 50% des Genoms—wird von egoistischen Genen wie Transposons bevölkert. Diese auch als springende Gene bezeichneten Genomparasiten sind Überbleibsel aus evolutionärer Vorzeit, die eingebettet in unserer DNA ruhen. Meist sind sie inaktiv und harmlos. Doch werden Transposons aktiv, können sie beliebig im Erbgut herumspringen und Mutationen auslösen.


Wird diese Fruchtfliege sich fortpflanzen können oder nicht? Darüber entscheidet ein effektives Sicherheitssystem ihrer Keimzellen, sogenannte piRNAs. Diese winzigen RNA-Fragmente zähmen springende Gene und verhindern so Mutationen, die häufig zu Unfruchtbarkeit führen.

Der springende Punkt ist die Vielfalt
Einerseits sorgen die vielen, über die Zeit gesammelten Gensequenzen ähnlich einer „genetischen Knetmasse“ für Vielfalt in der DNA und treiben evolutionäre Prozesse an. Mittlerweile weiß man, dass manche der „prominenten“ Mutationen durch Transposons verursacht wurden, wie zum Beispiel beim Birkenspanner: Der Schmetterling kam plötzlich in einer dunklen Variante vor, was den Mutanten in Zeiten industriebedingter Luftverschmutzung erfolgreicher machte, denn plötzlich konnte er sich besser an den verrußten Birkenstämmen tarnen. Meist jedoch sind Mutationen, die durch egoistische Gensequenzen ausgelöst werden, schädlich. Besonders gerne springen Transposons in Keimzellen, wo sie besonders nachhaltige Schäden verursachen und Unfruchtbarkeit auslösen können. 

Doch die Keimzelle rüstet gegen die hüpfenden Störenfriede im Erbgut und benutzt kleine RNA-Fragmente, sogenannte piRNAs, um sie lahm zu legen. Diese winzigen RNAs erkennen die egoistischen Passagen im Erbgut, docken daran an und legen diese still. piRNAs funktionieren wie eine Art Immunsystem für das Genom. Da sie selber unterschiedlichste Sequenzen von DNA-Eindringlingen erkennen müssen, sind auch piRNAs besonders vielfältig, was es den Forscher_innen bisher schwer machte, den genauen Entstehungsmechanismus zu entschlüsseln.
 
piRNAs: Wie die Wächter des Genoms gebastelt werden
Bereits vor 10 Jahren konnte IMBA- Gruppenleiter Julius Brennecke und andere nachweisen, dass piRNAs in den Keimzellen der Fruchtfliege diese Schutzfunktion übernehmen. Neueste Erkenntnisse der RNA-Biologie lieferten einem Forscher_innen-Team um die beiden IMBA-Gruppenleiter Stefan Ameres und Julius Brennecke erstmals Erkenntnisse, wie und wo genau piRNAs in der Zelle fabriziert werden.

„Bei der Herstellung von piRNAs müssen beide Enden des Moleküls exakt zugeschnitten werden. Zwar war bekannt, welcher Mechanismus das eine Ende einer solchen Sequenz definiert. Nun konnten wir herausfinden, wie das andere Ende der piRNA  ‚zurechtgestutzt’ wird, und dass dies über zwei verschiedene molekulare Systeme passiert“, freut sich Jakob Schnabl, einer der beiden Erstautoren über die Erkenntnisse seiner Masterarbeit am IMBA, die er zusammen mit dem Postdoktoranden Rippei Hayashi gewinnen konnte.

Drosophila-Genetik, kombiniert mit neuesten Sequenzier-Methoden und Bioinformatik erlaubten wesentliche molekulare Einblicke in das Sicherheitssystem der Zelle.
Stefan Ameres, IMBA-Gruppenleiter, der schon seit Jahren im aufstrebenden Forschungsfeld der RNA-Biologie forscht erklärt: “Wir konnten nachweisen, dass es zwei Wege gibt, um einsatzfähige piRNAs herzustellen. Am Mitochondrium wirkt ein Enzym namens Zucchini und schneidet piRNAs. Aber auch an einem anderen Ort der Zelle, nämlich im Zellplasma, werden die Vorläufer-RNA-Stückchen von einem Protein mit dem passendem Namen Nibbler zurechtgeknabbert. “

Evolution besser verstehen 
„Erstmals konnten wir den Herstellungsmechanismus der piRNAs vollständig klären. Erstaunlich ist, dass die beiden Systeme zur Entstehung oder Biogenese von piRNAs sehr genau aufeinander abgestimmt und in verschiedenen Bereichen der Zelle aktiv sind. Die Tatsache, dass diese zwei Systeme weit verbreitet im Tierreich sind, eröffnet die interessante Frage, warum sich diese Mechanismen parallel ausgebildet haben,“ fasst Julius Brennecke zusammen. „Erkenntnisse der aktuellen Arbeit können auch dabei helfen, evolutionäre Vorgänge auf molekularer Ebene besser zu verstehen und auch in einem neuen Licht zu sehen. Denn das Wetteifern, das wir in der Natur zwischen Parasit und Wirt beobachten können, findet fortwährend auch in unserem Erbgut statt“. 

Originalpublikation:
“'Genetic and mechanistic diversity of piRNA 3'-end formation'”, Rippei Hayashi, Jakob Schnabl, Dominik Handler, Fabio Mohn, Stefan L. Ameres & Julius Brennecke, Nature, November 16, 2016; doi: 10.1038/nature20162

Weitere Informationen:

http://de.imba.oeaw.ac.at/index.php?id=516

Mag. Ines Méhu-Blantar | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen
20.09.2017 | Veterinärmedizinische Universität Wien

nachricht Molekulare Kraftmesser
20.09.2017 | Max-Planck-Institut für Biochemie

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: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik