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Detaillierte Einblicke: Wie Zellen bei der Proteinherstellung einen Punkt setzen
Das Stopcodon definiert in Zellen, wann die Herstellung eines Proteins endet. Eine Innsbrucker Forschungsarbeit bietet jetzt detaillierte Einblicke in die Funktionsweise der Termination der Proteinsynthese und widerlegt einige bisherige Annahmen. Die Untersuchungen unter Federführung von Thomas Hoernes und Matthias Erlacher von der Sektion für Genomik und RNomik der Medizin Uni Innsbruck sind im Jänner in PNAS, einem der weltweit meistzitierten Wissenschaftsmagazine, veröffentlicht worden.
Völlig neue Einblicke in einen wichtigen Funktionsmechanismus in Zellen bietet eine kürzlich veröffentlichte Innsbrucker Forschungsarbeit. Die Erkenntnisse sollen dazu beitragen, grundlegende Vorgänge in Zellen besser zu verstehen. Konkret beschäftigt sich die Forschungsarbeit von Erstautor Thomas Hoernes und dem Biochemiker Matthias Erlacher von der Sektion für Genomik und RNomik (Direktor: A. Hüttenhofer) mit der Proteinsynthese.
Die Genexpression verläuft in allen Organismen – vom Bakterium bis hin zum Menschen – auf dieselbe Weise. Der genetische Code wird von der DNA abgelesen und in eine Boten-RNA (mRNA) überschrieben. Diese wird vom Ribosom, der Proteinfabrik der Zelle in eine Abfolge aus Aminosäuren übersetzt. Am Anfang der zu übersetzenden Sequenz steht ein Startcodon. Damit das Ribosom erkennt wo der Endpunkt gesetzt werden muss, gibt es Stopcodons. Diese Stopcodons signalisieren quasi das Ende eines Leserasters und sind damit essentiell für eine funktionierende Proteinsynthese. Diese Stopcodons werden von Proteinen, den sogenannten Terminationsfaktoren, erkannt und diese terminieren die Translation. Fehlerhafte Terminationen können zu Krankheiten führen. Die grundlegende Forschungsarbeit in diesem Bereich soll daher dazu beitragen, die Mechanismen in einer Zelle besser zu verstehen und eventuell die Entwicklung neuer Therapien auf Basis von mRNAs zu unterstützen.
Einzigartiger Einblick in Funktionsweise
Noch nie hat eine Studie so detailliert biochemische Einblicke in die Funktionsweise der Termination gegeben. „Wir haben uns angesehen, wie ein Stopcodon beschaffen sein muss, damit es die Proteinsynthese effizient stoppen kann“, erklärt Matthias Erlacher, korrespondierender Autor der Studie. Die Stopcodons, auch Terminationscodons genannt, bestehen aus drei RNA-Bausteinen. Mit Hilfe modifizierter RNA Bausteine konnten einzelne chemische Gruppen spezifisch verändert oder eliminiert werden. Diese modifzierten Stopcodons wurden in unterschiedlichen Systemen dahingehend getestet, ob diese immer noch von den Terminationsfaktoren erkannt werden. Bisher konnte dieser Prozess biochemisch nicht in einem solchen Ausmaß untersucht werden und derzeitige Erkenntnisse beruhten hauptsächlich auf strukturellen oder bioinformatischen Untersuchungen. „Auf Basis der bisherigen Forschungsarbeiten gab es bereits Annahmen, welche chemische Gruppen der Stopcodons essentiell sind um von den Terminationsfaktoren erkannt zu werden. Unsere Arbeit hat manche Erkenntnisse untermauern können aber auch einige Überraschungen bereitet“, erklärt Erlacher.
Interdisziplinäre Zusammenarbeit: Auszeichnung für Innsbrucker Life-Science-Forschung
Die Relevanz der Erkenntnisse für die Erforschung der Zellgenetik hat dann auch dazu geführt, dass die wissenschaftliche Arbeit im renommierten PNAS Plus-Paper (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America) veröffentlicht wurde. Eine besondere Auszeichnung für den Wissenschaftsstandort Innsbruck. „Für unsere Untersuchungen waren verschiedene Expertisen notwendig“, erklärt Erlacher. Deshalb haben unterschiedliche Gruppen aus dem Bereich der Life Sciences der Medizinischen Universität Innsbruck (Sektion für Klinische Biochemie) und der Universität Innsbruck (Institut für Organische Chemie) zusammengearbeitet, um die neuen Erkenntnisse zu erhalten. Der Erstautor Thomas Hoernes, PhD-Student im vierten Jahr, konnte durch ein Fellowship der Life-Science Vereinigung „EMBO“ und mit Unterstützung der Medizinischen Universität Innsbruck einen Auslandsaufenthalt bei einem international renommierten Experten für Translation, Simpson Joseph an der University of California in San Diego (USA), absolvieren. Dort konnte Hoernes einige wichtige Experimente für die nun veröffentlichte wissenschaftliche Arbeit durchführen.
(B. Hoffmann-Ammann)
Publikation:
AutorInnen: Thomas Philipp Hoernes, Nina Clementi, Michael Andreas Juen, Xinying Shic, Klaus Faserl, Jessica Willi, Catherina Gasser, Christoph Kreutz, Simpson Joseph, Herbert Lindner, Alexander Hüttenhofer, and Matthias David Erlacher
Weitere Informationen:
APA-Science: Tiroler Forscher beobachten wie Proteinproduktion gutes Ende findet