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Team von Professor Andres Jäschke aus dem Institut für Pharmazie und Molekulare Biotechnologie der Universität Heidelberg entschlüsselt Strukturen künstlicher RNA, in der enzymatische Prozesse ablaufen - Weiterer Mosaikstein für die Existenz einer ursprünglichen "RNA-Welt" in "Nature Structural & Molecular Biology, Vol 12/3"
Obwohl vor wenigen Jahren das menschliche Genom entschlüsselt wurde und viele Vorgänge innerhalb der Zellen bekannt sind, gibt es immer noch viele ungeklärte Rätsel über die Funktion und den Aufbau von Zellkomponenten. Während die DNA (Desoxyribonukleinsäure) als Trägerin des Erbgutes dient, übersetzt die RNA (Ribonukleinsäure) diese Informationen zur Bildung von Proteinen. Die Proteine haben schließlich verschiedene Funktionen. Als Enzyme beschleunigen sie die Stoffwechselvorgänge oder schützen als Antikörper beispielsweise vor Giften und Bakterien.
Dieses Bild geriet vor etwas mehr als 20 Jahren ins Wanken. Die amerikanischen Wissenschaftler Sidney Altman und Thomas Robert Cech entdeckten, dass einige RNA-Moleküle auch enzymatische Eigenschaften besitzen. Für die Entdeckung dieser so genannten Ribozyme (von Ribonukleinsäure und Enzym) erhielten die beiden Forscher 1989 den Nobelpreis. Neben den natürlich vorkommenden Ribozymen, von denen bisher nicht allzu viele bekannt sind, gelang es auch künstliche herzustellen.
Mit diesen künstlichen Ribozymen beschäftigt sich die Arbeitsgruppe von Professor Andres Jäschke aus dem Institut für Pharmazie und Molekulare Biotechnologie der Universität Heidelberg seit mehreren Jahren. In ihrer neuesten Publikation (Serganov et al., Nature Structural & Molecular Biology, Vol 12/3) konnten sie erstmals die dreidimensionale Struktur eines künstlichen Ribozyms aufzeigen und darüber hinaus feststellen, an welcher Stelle des Ribozyms enzymatische Prozesse stattfinden.
Die Wissenschaftler um Andres Jäschke isolierten hierfür Ribozyme, welche die Knüpfung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen durch die so genannte Diels-Alder-Reaktion ermöglichen. "Das größte Problem bei der Bestimmung der Struktur des Ribozyms war, einen genügend großen, homogenen Kristall zu züchten", erläutert Andres Jäschke die Tücken dieser Forschung. Nachdem dies aber gelungen war, kam Überraschendes zu Tage.
In dem Ribozym befindet sich eine Bindungstasche, in der die Ausgangsstoffe (Anthrazen und N-Pentylmaleimid) zu dem neuen Produkt umgesetzt werden. Die Bindungstasche hat dabei genau die Form des zu bildenden Produkts. Von diesem Produkt existieren aber zwei Varianten, die sich durch die Anordnung des Maleimids an das Anthrazen unterscheiden. Die Form der Bindungstasche in dem Ribozym lässt aber nur eine dieser beiden Varianten zu.
Auch der Vergleich des katalytischen Zentrums des Ribozyms mit dem eines Protein-Enzyms, das eine ähnliche Reaktion katalysiert, ist sehr interessant. Denn bei beiden Enzymen sind die katalytischen Zentren vollkommen ähnlich aufgebaut, obwohl sie aus unterschiedlichen Bausteinen bestehen. "Dies legt ganz ähnliche Katalysemechanismen nahe", erläutert der Biochemiker Jäschke.
Die Entdeckung einer Struktur, in der ein Ribozym zwei Substanzen miteinander verbindet, wirft jedoch auch ein Licht auf eine seit beinahe 20 Jahren in der Wissenschaft heiß diskutierten Frage, die zurückgeht auf den Ursprung des Lebens. Was war zuerst da, DNA oder Protein? Die Informationen, wie die Proteine aufgebaut sind, sind nämlich in der DNA gespeichert. Umgekehrt sind aber Proteine notwendig, um DNA herzustellen. Einen Ausweg aus dieser, ähnlich der Henne - Ei Problematik wirkenden Frage, sehen viele Wissenschaftler in der RNA. Die Entdeckung der Ribozyme belegte nämlich, dass die RNA in der Lage ist, die Funktion der DNA und der Proteine zu übernehmen. Somit könnte am Beginn des Lebens eine so genannte RNA-Welt existiert haben. Allerdings sollte die RNA dann auch in der Lage sein, größere Moleküle zu synthetisieren. Die Ergebnisse der Forscher um Andres Jäschke belegen nun, dass die RNA Verbindungen zwischen zwei Kohlenstoffatomen und somit auch größere Moleküle herstellen kann. "Damit ist ein weiterer Mosaikstein für die Existenz einer RNA-Welt gefunden", fasst Andres Jäschke die Forschungsergebnisse seiner Arbeitsgruppe zusammen.
Stefan Zeeh
Rückfragen bitte an
Professor Andres Jäschke
IPMB
Im Neuenheimer Feld 364
69120 Heidelberg
Germany
Tel. +49 06221 54 48 53, Fax. +49 06221 54 64 30
jaeschke@uni-hd.de
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Dr. Michael Schwarz
Pressesprecher der Universität Heidelberg
michael.schwarz@rektorat.uni-heidelberg.de
Criteria of this press release:
Biology, Chemistry, Information technology, Medicine, Nutrition / healthcare / nursing
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
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