Einblicke in das Herz der molekularen Spleißmaschine
Um aus der genetischen Information einer Zelle die richtigen Proteine zu erzeugen, müssen kleine molekulare Maschinen Teile der dafür benötigten RNA ausschneiden und neu zusammenfügen. Während man in den letzten Jahren die Funktionsweise dieser Maschinen allmählich verstehen lernt, blieb ihre Struktur bislang verborgen. Wissenschaftlern am MPI für biophysikalische Chemie in Göttingen ist es jetzt gelungen, ein wenig Licht in das Dunkel zu bringen. (Golas et al., Science, 300, 980-984, 8.5.2003).
Eine Stereo-Ansicht des spleißosomalen SF3b Komplexes. Die Struktur wurde in der Arbeitsgruppe "3D Kryo-Elektronenmikroskopie" am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen ermittelt.
Über die in der DNA gespeicherte genetische Information können menschliche Zellen eine fast unendliche Vielfalt von Proteinen synthetisieren. Allerdings ist diese Information oftmals in verschiedenen RNA-Teilstücken kodiert, so genannten Exons, die von zum Teil sehr langen Sequenzen (so genannten Introns) unterbrochen werden. Der Vorgang, bei dem Introns aus dem genetischen Informationsträger herausgeschnitten und Exons zusammengefügt werden, wird in Analogie zum Verbinden von offenen Seil-Enden auch "molekulares Spleißen" genannt. Durch die geschickte Kombination von Exons aus einem begrenzten Vorrat an Genen trägt das Spleißen zu einer außerordentlichen Erhöhung der Proteinvielfalt bei, welche für die komplexen zellulären Funktionen in höher entwickelten Organismen unersetzlich ist. Es ist somit nicht verwunderlich, dass eine Vielzahl bekannter Krankheiten auf Fehler im Spleißen der genetischen Information zurückzuführen sind.
Das Spleißen wird im Zellkern von einer großen makromolekularen "Maschine", dem sogenannten Spleißosom durchgeführt. Spleißosomen setzen sich aus mehreren RNA-Molekülen und über hundert Proteinen zusammen. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie arbeiten an der strukturellen Charakterisierung dieser spleißosomalen Maschine. In Zusammenarbeit mit der Abteilung von Prof. Lührmann gelang es der Doktorandin Monika Golas aus der Arbeitsgruppe von Dr. Holger Stark, nun erstmals mit Hilfe der dreidimensionalen Kryo-Elektronenmikroskopie die Struktur eines spleißosomalen Sub-Komplexes (SF3b) darzustellen. Das Elektronenmikroskop wird dabei vergleichbar der Computer-Tomographie in der Medizin eingesetzt, um aus vielen Projektionsbildern eines Objektes dessen räumliche Struktur zu rekonstruieren. Aus Tausenden von elektronenmikroskopischen Projektionsbildern wurde mit neu entwickelten, Computer-gestützten Bildverarbeitungsmethoden die dreidimensionale Struktur des Komplexes bestimmt. Das nur ~15 Millionstel Millimeter große SF3b wurde mit einer Auflösung von kleiner als 1 Millionstel Millimeter berechnet. Bei dieser hohen Auflösung können einzelne, wichtige Proteine des Komplexes visualisiert und lokalisiert werden, die während des Spleißens in direktem Kontakt mit der zu spleißenden RNA stehen.
Vom biologischen Maßstab aus betrachtet handelt es sich beim Spleißosom um eine relativ große und komplexe Maschine, deren Struktur momentan nur über die Technik der dreidimensionalen Kryo-Elektronenmikroskopie zugänglich ist. Eine genaue Kenntnis der räumlichen Struktur ist aber wesentlich für das Verständnis des Spleißens auf molekularer Ebene. Zur Zeit werden daher Messungen durchgeführt, die "Schnappschüsse" der dynamischen Strukturänderungen des Spleißosoms während des Reaktionszyklus liefern sollen.
weitere Informationen erhalten Sie von:
Dr. Holger Stark, Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, AG Kryo-Elektronenmikroskopie, http://www.mpibpc.mpg.de/abteilungen/103,
Tel. 0551 201 1305, Fax: 0551 201 1197, e-mail: holger.stark@mpibpc.mpg.de
Text und (weitere) Bilder in elektronischer Form unter www.mpibpc.mpg.de/PR/03_09/.
