Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Einblicke in die Struktur der molekularen Spleißmaschine

23.10.2006
Um die genetische Information des Zellkerns in Proteine zu übersetzen, wird die RNA in menschlichen Zellkernen von einer komplexen molekularen Maschine, dem Spleißosom, präzise zugeschnitten. Wissenschaftlern am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen ist es jetzt gelungen, erstmals eine dreidimensionale Karte der größten Untereinheit des Spleißosoms zu bestimmen. (Molecular Cell, 20.Okt)

In menschlichen Zellen ist der genetische Bauplan von Proteinen in langen Desoxyribonukleinsäure (DNA)-Molekülen verschlüsselt. Um die Information für die Proteinherstellung nutzbar zu machen, müssen im Zellkern zunächst Ribonukleinsäure-(RNA)-Kopien der DNA erstellt werden. Diese RNA-Kopien können jedoch erst dann für die Proteinherstellung verwendet werden, wenn durch präzisen Zuschnitt einige nicht benötigte interne Bereiche (sog. "Introns") entfernt und die informationsrelevanten Bereiche ("Exons") neu verbunden worden sind.

Das Entfernen der Introns wird in Anlehnung an das Trennen und Verknüpfen von Seilenden in der Seefahrt als "Spleißen" bezeichnet. Komplexe Makromoleküle, die so genannten Spleißosomen, führen diese Aufgabe aus. Sie bestehen ihrerseits aus über 150 verschiedenen Proteinen sowie einigen RNA-Molekülen, die sich für jede Runde von Schnitt und Verknüpfung auf der RNA zusammenbauen müssen. Dazu werden im menschlichen Zellkern aus der Vielzahl dieser Einzelkomponenten zunächst eine Reihe vorgefertigter Komplexe (sog. snRNPs) bereitgestellt, die dann den Zusammenbau des vollständigen Spleißosoms in wenigen Schritten ermöglichen. Spleißosomen wählen die zu verknüpfenden Exons gewebespezifisch aus und erhöhen somit dramatisch die Proteinvielfalt im menschlichen Körper. Die Bedeutung dieses Vorgangs erschließt sich aus zahlreichen, mit Fehlfunktionen des Spleißens assoziierten Erkrankungen, darunter viele bösartige Tumorkrankheiten, in denen die Präzision der Exon-Verknüpfung gestört ist.

Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie ist es jetzt gelungen, die dreidimensionale (3D) Struktur der größten Untereinheit des Spleißosoms (des sog. "U4/U6.U5 tri-snRNP") mit Hilfe eines hochauflösenden Elektronenmikroskops zu entschlüsseln und so dessen Aufbau in einer präzisen Karte darzustellen. Eine Schlüsselkomponente der korrekten Exonerkennung ist das im tri-snRNP vorkommende RNA-Mokekül "U5 snRNA", das nun einem kleinen zentralen Bereich des nur 30 Millionstel Millimeter großen tri-snRNP direkt zugeordnet werden konnte.

Interessanterweise ist der tri-snRNP wiederum aus zwei Untereinheiten, dem U4/U6 snRNP und dem U5 snRNP aufgebaut, die zusätzlich jeweils separat aus menschlichen Zellkernen gewonnen und in ihrer 3D Struktur untersucht werden konnten. Dabei konnte gezeigt werden, dass die molekularen Maschinen auch in Abwesenheit eines RNA-Substrates ständig in Bewegung sind und sich das U5 snRNA-Molekül in einem hochdynamischen Teil des tri-snRNP befindet. Dieser Teil wird beim Zusammenbau des tri-snRNPs aus seinen Komponenten von einer gekrümmten in eine längliche Form "verbogen", wodurch seine Beweglichkeit eingeschränkt, aber nicht vollständig aufgehoben wird. Zukünftige Studien sollen nun die strukturelle Grundlage der Exon-Erkennung näher untersuchen.

Bei der hier verwendeten Methode der 3D Kryo-Elektronenmikroskopie werden die Makromoleküle vor den schädigenden Einflüssen des Elektronenstrahls geschützt, indem sie umgeben von Eis auf -180°C abgekühlt werden. Dann werden, ähnlich wie bei der medizischen Computertomographie, Projektionsbilder der Moleküle erstellt, aus denen anschließend mittels aufwendiger Rechenverfahren die Struktur bestimmt wird. In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Abteilung für Zelluläre Biochemie von Prof. Reinhard Lührmann und der "Bio-Future"-Forschungsgruppe für 3D Kryo-Elektronenmikroskopie von Dr. Holger Stark konnten Dr. Björn Sander, Dr. Monika Golas und Dr. Berthold Kastner die Molekülkomplexe aus Zellkulturen isolieren und erstmals für die 3D Kryo-Elektronenmikroskopie verfügbar machen. Hierbei waren in der Arbeitsgruppe entwickelte, neue Verfahren zur Probenaufbereitung und Strukturberechnung entscheidend, die eine Auflösung der tri-snRNP Struktur von 2 Millionstel Millimetern ermöglichten.

Originalveröffentlichung:
Bjoern Sander, Monika M. Golas, Evgeny M. Makarov, Hero Brahms, Berthold Kastner, Reinhard Lührmann, and Holger Stark: Organization of Core Spliceosomal Components U5 snRNA Loop I and U4/U6 Di-snRNP within U4/U6.U5 Tri-snRNP as Revealed by Electron Cryomicroscopy. Molecular Cell 24, 267-278 (20.Oktober 2006). DOI 10.1016/j.molcel.2006.08.021
Weitere Informationen:
Dr. Holger Stark, Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, FG 3D Kryo-Elektronenmikroskopie, Am Fassberg 11, 37077 Göttingen, Tel: 0551 201-1305, Fax: -1197

Dr. Christoph Nothdurft | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpibpc.mpg.de/groups/stark/
http://www.mpibpc.mpg.de/groups/pr/PR/2006/06_22/

Weitere Berichte zu: Kryo-Elektronenmikroskopie RNA Spleißosom U4/U6 Zellkern

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Unordnung kann Batterien stabilisieren
18.09.2018 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Mit Nano-Lenkraketen Keime töten
17.09.2018 | Universität Duisburg-Essen

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: Extrem klein und schnell: Laser zündet heißes Plasma

Feuert man Lichtpulse aus einer extrem starken Laseranlage auf Materialproben, reißt das elektrische Feld des Lichts die Elektronen von den Atomkernen ab. Für Sekundenbruchteile entsteht ein Plasma. Dabei koppeln die Elektronen mit dem Laserlicht und erreichen beinahe Lichtgeschwindigkeit. Beim Herausfliegen aus der Materialprobe ziehen sie die Atomrümpfe (Ionen) hinter sich her. Um diesen komplexen Beschleunigungsprozess experimentell untersuchen zu können, haben Forscher aus dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) eine neuartige Diagnostik für innovative laserbasierte Teilchenbeschleuniger entwickelt. Ihre Ergebnisse erscheinen jetzt in der Fachzeitschrift „Physical Review X“.

„Unser Ziel ist ein ultrakompakter Beschleuniger für die Ionentherapie, also die Krebsbestrahlung mit geladenen Teilchen“, so der Physiker Dr. Thomas Kluge vom...

Im Focus: Bio-Kunststoffe nach Maß

Zusammenarbeit zwischen Chemikern aus Konstanz und Pennsylvania (USA) – gefördert im Programm „Internationale Spitzenforschung“ der Baden-Württemberg-Stiftung

Chemie kann manchmal eine Frage der richtigen Größe sein. Ein Beispiel hierfür sind Bio-Kunststoffe und die pflanzlichen Fettsäuren, aus denen sie hergestellt...

Im Focus: Patented nanostructure for solar cells: Rough optics, smooth surface

Thin-film solar cells made of crystalline silicon are inexpensive and achieve efficiencies of a good 14 percent. However, they could do even better if their shiny surfaces reflected less light. A team led by Prof. Christiane Becker from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) has now patented a sophisticated new solution to this problem.

"It is not enough simply to bring more light into the cell," says Christiane Becker. Such surface structures can even ultimately reduce the efficiency by...

Im Focus: Mit Nano-Lenkraketen Keime töten

Wo Antibiotika versagen, könnten künftig Nano-Lenkraketen helfen, multiresistente Erreger (MRE) zu bekämpfen: Dieser Idee gehen derzeit Wissenschaftler der Universität Duisburg-Essen (UDE) und der Medizinischen Hochschule Hannover nach. Zusammen mit einem führenden US-Experten tüfteln sie an millionstel Millimeter kleinen Lenkraketen, die antimikrobielles Silber zielsicher transportieren, um MRE vor Ort zur Strecke zu bringen.

In deutschen Krankenhäusern führen die MRE jährlich zu tausenden, teils lebensgefährlichen Komplikationen. Denn wer sich zum Beispiel nach einer Implantation...

Im Focus: Schaltung des Stromflusses auf atomarer Skala

Forscher aus Augsburg, Trondheim und Zürich weisen gleichrichtende Eigenschaften von Grenzflächenkontakten im ferroelektrischen Halbleiter nach.

Die Grenzflächen zwischen zwei elektrisch unterschiedlich polarisierten Bereichen im Festkörper werden als ferroelektrische Domänenwände bezeichnet. In der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von den Grundlagen bis zur Anwendung - Internationale Elektrochemie-Tagung in Ulm

18.09.2018 | Veranstaltungen

Unbemannte Flugsysteme für die Klimaforschung

18.09.2018 | Veranstaltungen

Studierende organisieren internationalen Wettbewerb für zukünftige Flugzeuge

17.09.2018 | Veranstaltungen

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

Auf der InnoTrans 2018 mit innovativen Lösungen für den Güter- und Personenverkehr

18.09.2018 | Messenachrichten

Von den Grundlagen bis zur Anwendung - Internationale Elektrochemie-Tagung in Ulm

18.09.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Extrem klein und schnell: Laser zündet heißes Plasma

18.09.2018 | Physik Astronomie

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