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Zelluläre Strukturbiologie

Zelluläre Strukturbiologie

mRNA-Qualitätskontrolle in der Zelle

Die Struktur des Exon-Junction-Komplexes. Er ist essentiell für das Aufspüren und den Abbau fehlerhafter mRNAs in menschlichen Zellen. Bild vergrößern
Die Struktur des Exon-Junction-Komplexes. Er ist essentiell für das Aufspüren und den Abbau fehlerhafter mRNAs in menschlichen Zellen. [weniger]

Innerhalb einer Zelle läuft die Kommunikation zwischen Zellkern und Zellplasma permanent auf Hochtouren. Ein ausgeklügeltes zelluläres Qualitätsmanagement sorgt dafür, dass dabei keine Fehler auftreten. Die Wissenschaftler um Elena Conti untersuchen, wie der Informationsaustausch funktioniert und wie Fehler aufgespürt und beseitigt werden.

Ribonukleinsäuren (RNAs) übermitteln wichtige Nachrichten zwischen Zellkern und Zellplasma: Boten-RNAs (mRNAs) enthalten die Informationen über neu zu bildende Proteine. Fehler in diesen Bauplänen können zu Störungen innerhalb der Zelle führen und oft auch schwere Krankheiten auslösen. Zellen besitzen ein ausgeklügeltes Qualitätsmanagement, das solche Fehler verhindern soll. Um zu verstehen, wie es funktioniert, müssen die Wissenschaftler zunächst die atomare Struktur der beteiligten Protein- und RNA-Komplexe sichtbar machen.

Schillernde Kristalle mit innerer Schönheit

In einem ersten Arbeitsschritt stellen die Forscher Proteinkristalle von den zu untersuchenden Komplexen her, die sie mit Röntgenstrahlen behandeln. So entstehen Beugungsmuster, aus denen die Wissenschaftler am Computer eine Karte der Elektronenverteilung der einzelnen Moleküle errechnen können. Dieser molekulare Bauplan entspricht genau der Anordnung der Atome, die für jedes Protein und jede RNA charakteristisch ist. Indem sie die Reihenfolge der Moleküle innerhalb eines Kristalls entschlüsseln, können die Forscher somit auch die Struktur dieser Moleküle analysieren.

Fehler werden ausgemerzt

Auf diese Weise konnten die Wissenschaftler bereits die Kristallstruktur eines Proteinkomplexes aufklären, der im Qualitätsmanagement menschlicher Zellen eine zentrale Rolle spielt: der Exon-Junction-Komplex (EJC). Er bindet im Zellkern an die mRNA und gelangt so in das Zellplasma, wo er die Position defekter mRNA an die zelluläre Proteinsynthese-Maschinerie übermittelt. So kann die Zelle Fehler in der mRNA aufspüren, die zum vorzeitigen Abbruch der Proteinproduktion führen würden. Elena Conti und ihr Team konnten bereits aufdecken, wie der EJC eng an die mRNA bindet und das erste Protein des Qualitätskontrollsystems aktiviert. Jetzt wollen sie herausfinden, wie fehlerhafte mRNAs beseitigt werden.

 
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