Fütterung von RNAs an einen molekularen Aktenvernichter

Max-Planck-Forscher entschlüsseln Struktur eines RNA-Abbau-Helfers

16. August 2013

Ähnlich einem Aktenvernichter zum Zerkleinern von unerwünschten oder potenziell gefährlichen Dokumenten, verwenden Zellen molekulare Maschinen, die unbrauchbare oder defekte Makromoleküle abbauen. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried bei München haben jetzt die Struktur eines Proteinkomplexes (Ski-Komplex) entschlüsselt, der beim Abbau von Ribonukleinsäuren (RNA) eine essentielle Rolle spielt. RNA-Moleküle liegen in allen Zellen in großer Menge vor und übernehmen dort viele unterschiedliche Aufgaben. Sie ermöglichen es zum Beispiel, die in den Genen gespeicherte Information in Proteine zu übersetzen. „Der von uns untersuchte Ski-Komplex füttert den RNA-Abbaukomplex mit RNA-Molekülen“, beschreibt Felix Halbach, Wissenschaftler am Institut, die Ergebnisse.

Der Ski-Komplex spielt eine wichtige Rolle im Qualitätsmanagement der Zelle.

Wenn bei der Herstellung von RNA-Molekülen Fehler auftreten oder RNAs sich unkontrolliert anhäufen, kann dies die Zelle schädigen. Deshalb ist die Beseitigung von defekten oder nicht mehr benötigten RNAs ein sehr wichtiger Schritt für den Stoffwechsel einer Zelle. Diese Aufgabe übernimmt der Proteinkomplex Exosom, eines der Forschungsobjekte der Abteilung „Zelluläre Strukturbiologie“ um Elena Conti. Das Exosom zerkleinert RNA in kleinere Stücke und spielt damit eine Schlüsselrolle im Abbau-Prozess. Wie das Exosom auf molekularer Ebene gesteuert wird, ist bisher nur wenig verstanden.

Die Max-Planck-Wissenschaftler haben jetzt die Struktur und Funktionsweise eines Komplexes entschlüsselt, der an der Aktivierung des Exosoms beteiligt ist. Der Ski-Komplex setzt sich aus mehreren Proteinen zusammen und kommt in allen eukaryotischen Lebewesen vor - von der Bäckerhefe bis hin zum Menschen. „Wir konnten zeigen, dass der Ski-Komplex und das Exosom direkt zusammen arbeiten und einen gemeinsamen Kanal für die abzubauende RNA bilden“, sagt Felix Halbach. Ähnlich wie die Erbsubstanz DNA sind auch RNA-Moleküle häufig gefaltet. Damit sie jedoch vom Exosom abgebaut werden können, müssen sie zuerst entfaltet werden; genau diese Aufgabe übernimmt der Ski-Komplex. Die entwundenen RNA-Moleküle können dann über den gemeinsamen Kanal direkt an das Exosom weitergeleitet werden. „Der Ski-Komplex füttert das Exosom sozusagen mit den RNA-Molekülen“, beschreibt der Biochemiker.

Die neuen Ergebnisse zeigen auch weitere Parallelen zwischen dem Exosom und dem Proteasom auf. Das Proteosom ist in der Zelle für den Abbau von Proteinen verantwortlich. „Es wird deutlich, dass die beiden Proteinkomplexe nicht nur strukturell und funktionell ähnlich sind“, so Elena Conti, „sondern dass auch ihre regulatorischen Untereinheiten auf vergleichbare Art funktionieren.“ Sie entwinden RNA- beziehungsweise Protein-Moleküle und leiten diese weiter in die aktiven Zentren der jeweiligen Abbaumaschine.

VS/AK

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