Neue Chemie für maßgeschneiderte RNA-Komplexe
Forscherinnen und Forscher der Innsbrucker Universitäten haben eine neue Methode zur kovalenten Markierung von RNA in der Zelle entwickelt. In der Fachzeitschrift Nature Chemical Biology zeigen sie, wie sich damit RNA-Bewegungen in der Zelle abbilden lassen.
Die spezifische Markierung von RNA in lebenden Zellen birgt viele Herausforderungen. Forschende der Innsbrucker Universitäten beschreiben in der Fachzeitschrift Nature Chemical Biology einen strukturgeleiteten Ansatz zur Bildung kovalenter (d.h. irreversibel bindender) RNA-Liganden-Komplexe. Der Schlüssel dazu ist die Modifikation des ursprünglichen Liganden mit einem reaktiven „Griff“, der es ihm erlaubt, mit einer Nukleobase an der RNA-Bindungsstelle zu reagieren. Dies wurde zunächst am Beispiel eines RNA-Riboschalters in vitro und in vivo demonstriert.
Die Vielseitigkeit des Ansatzes zeigt sich unter anderem am ersten kovalenten „Fluorescent Light-up-RNA Aptamer“ (coFLAP). Dieses System behält seine starke Fluoreszenz bei der Bildgebung in lebenden Zellen auch nach dem Waschen bei, kann für die hochauflösende Mikroskopie eingesetzt werden und eignet sich besonders für FRAP (fluorescence recovery after photobleaching) zur Überwachung der intrazellulären RNA-Dynamik. „Darüber hinaus konnten wir einen Flurophor mit einem zweiten Griff für die bioorthogonale Chemie entwickeln, der einen einfachen (mittels Fluoreszenzspektroskopie verfolgbaren) Pulldown der kovalent gebundenen Ziel-RNA ermöglicht“, erklärt der Chemiker Ronald Micura vom Institut für Organische Chemie und dem Centrum für Molekulare Biowissenschaften (CMBI) der Universität Innsbruck. Schließlich haben wir die Eignung dieser Strategie für die Entwicklung von potentiellen Wirkstoff-Leitstrukturen gezeigt, die kovalent an eine Ziel-RNA binden.
Gemeinsamer Erfolg
Ein Schlüssel zum Erfolg der Studie liegt in der Bereitschaft, zunächst unüberwindbar scheinende experimentelle Hürden mit komplementären Methoden zu überwinden. Insgesamt vier Arbeitsgruppen der beiden Innsbrucker Universitäten, die im Zentrum für Chemie und Biomedizin gemeinsam beheimatet sind, haben entscheidend dazu beigetragen, die chemische Synthese der Fluorophore und der RNA (Team um Ronald Micura), deren massenspektrometrische Sequenzierung (Team um Kathrin Breuker), die entscheidenden in vivo Anwendungen (Team um Alexandra Lusser) und schließlich die notwendige hochauflösende Mikroskopie zusammenzuführen. „Wir profitieren sehr von der Zusammenarbeit in einem gemeinsamen Forschungszentrum, in dem wir unabhängig von der institutionellen Anbindung Ideen zwischen den Arbeitsgruppen austauschen und neue Ansätze schnell ausprobieren können“, sagt Alexandra Lusser vom Institut für Molekularbiologie am Biozentrum der Medizinischen Universität Innsbruck.
Die Forschungen in Innsbruck wurden unter anderem vom Österreichischen Wissenschaftsfonds FWF und der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG finanziell unterstützt.
(07.01.2025, Text: C. Flatz, Bild: Universität Innsbruck)
Links:
Engineering covalent small molecule–RNA complexes in living cells. Raphael Bereiter, Laurin Flemmich, Kamila Nykiel, Sarah Heel, Stephan Geley, Malou Hanisch, Clemens Eichler, Kathrin Breuker, Alexandra Lusser, Ronald Micura, Nat. Chem. Biol. 2024,
Institut für Organische Chemie, Universität Innsbruck
Centrum für Molekulare Biowissenschaften (CMBI), Universität Innsbruck
Institut für Molekularbiologie, Medizinische Universität Innsbruck
Biozentrum Innsbruck, Medizinische Universität Innsbruck