Werkzeug der Ribosomenherstellung

Schneiden, Feilen, Zerstückeln

Im Prozess der Ribosomenherstellung kommt eine Art mehrteiliges Taschenmesser zum Einsatz. Dabei handelt es sich um einen Komplex aus vier Proteinen, der wie ein Messer, eine Feile und eine Schere funktioniert. Das haben Wissenschaftler des Biochemie-Zentrums der Universität Heidelberg (BZH) entdeckt.

Dieser Proteinkomplex ist an der Entfernung von Trennstücken der Ribonukleinsäure (RNA) beteiligt, die während der Herstellung von Ribosomen entstehen und die am Ende des Herstellungsprozesses beseitigt werden müssen. Die Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift „Molecular Cell“ veröffentlicht.

Ribosomen sind die Proteinfabriken der Zelle, die für Wachstum und Teilung der Zellen stets neu hergestellt werden müssen. „Bei dieser Biogenese werden die Bausteine zusammengesetzt, modifiziert und nachbearbeitet, außerdem wird ihre korrekte Position überprüft“, erklärt Prof. Dr. Ed Hurt vom BZH, dessen Forschungsgruppe den Proteinkomplex entdeckt hat.

Neben ribosomalen Proteinbausteinen bestehen Ribosomen aus ribosomaler RNA, bei der Ribonukleotide kettenartig miteinander verknüpft sind. Drei der insgesamt vier Ketten, die im fertigen Ribosom vorkommen, werden zunächst als ein großes zusammenhängendes RNA-Molekül hergestellt. Daraus werden die drei RNA-Hauptketten herausgeschnitten.

Zwischen ihnen sind jedoch noch Trennstücke enthalten, die ebenfalls entfernt werden müssen, um funktionierende Ribosomen zu erhalten. „Man kann sich diesen Vorgang wie die Bildung von Fingern beim Embryo vorstellen: Damit eine funktionierende Hand entsteht, sterben die Zellen der zunächst noch vorhandenen ‚Schwimmhäute‘ zwischen den Fingern ab“, erklärt Prof. Hurt.

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Der von den BZH-Forschern entdeckte Komplex aus vier Proteinen, der an der Entfernung eines dieser Trennstücke beteiligt ist, vereint mehrere Funktionen. Wie Lisa Gasse aus Ed Hurts Labor herausgefunden hat, schneidet der Enzymkomplex zunächst mit einer Untereinheit wie ein feines Messer – gewissermaßen ein molekulares Skalpell – in einen der Trennstückbereiche hinein. In einem zweiten Schritt wird dann eines der entstandenen RNA-Enden markiert, damit dieses Ende sukzessive geschreddert werden kann, bis das Trennstück von der RNA verschwunden ist.

Für jede dieser Funktionen bringt der Komplex nach Angaben der Forscher ein eigenes Protein mit, zum Schreddern werden sogar zwei benötigt. „Dieser Proteinkomplex ähnelt einem Taschenmesser mit drei Werkzeugen – einem Messer zum Schneiden, einer Feile, um das Teilstück kompatibel mit dem Schredder zu machen, und den Schredder selbst“, erläutert Lisa Gasse.

Die Entdeckung der Heidelberger Wissenschaftler könnte ein neues Licht auf die Entstehung und die Ursachen einer seltenen Krankheit werfen. Bei dieser Motoneuron-Erkrankung, die bei Neugeborenen zum Tod durch Atemversagen führt, wurde eine Mutation im Proteinkomplex identifiziert – in der Untereinheit mit der Skalpellfunktion, die die Heidelberger Wissenschaftler jetzt genauer untersucht haben.

Originalpublikation:
L. Gasse, D. Flemming, E. Hurt: Coordinated Ribosomal ITS2 rRNA Processing by the Las1 Complex Integrating Endonuclease, Polynucleotide Kinase, and Exonuclease Activities. Molecular Cell (3 December 2015), DOI: 10.1016/j.molcel.2015.10.021.

Informationen im Internet:
Arbeitsgruppe Hurt:
www.uni-heidelberg.de/zentral/bzh/hurt/
Biochemie-Zentrum Heidelberg:
www.bzh.uni-heidelberg.de

Kontakt:
Prof. Dr. Ed Hurt
Biochemie-Zentrum der Universität Heidelberg
E-Mail: ed.hurt@bzh.uni-heidelberg.de

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