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Forschende der Universität zu Köln zeigen, dass drei verschiedene Proteine als Komplex zusammenarbeiten, um die Qualitätskontrolle der Zelle aufrechtzuerhalten / Veröffentlichung in „Nucleic Acid Research“
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Dr. Niels Gehring vom Institut für Genetik hat gezeigt, dass das gezielte Zusammenspiel dreier Proteine eine zentrale Rolle im Nonsense mediated mRNA Decay (NMD) spielt. NMD ist ein Mechanismus in den Zellen, der fehlerhafte RNA zerstört. Gemeinsam sorgen die Proteine SMG1, SMG8 und SMG9 dafür, dass dieser Mechanismus aktiviert wird und zuverlässig funktioniert. Mutationen in den Genen SMG8 und SMG9 werden mit genetischen Erkrankungen in Verbindung gebracht. Innerhalb des Komplexes war jedoch lange unklar, welche Rolle die von ihnen codierten Proteine in menschlichen Zellen spielen. Dies konnten Gehring und sein Team nun genauer aufzeigen. Die Studie mit dem Titel „SMG1:SMG8:SMG9-complex integrity supports efficient execution of nonsense-mediated mRNA decay“ wurde in der Fachzeitschrift Nucleic Acids Research veröffentlicht.
Nonsense mediated mRNA Decay (NMD) gehört zu den wichtigsten Kontrollsystemen der Zelle. Er sorgt dafür, dass fehlerhafte Boten-RNAs, also Abschriften genetischer Baupläne, erkannt und abgebaut werden, bevor daraus funktionslose oder potenziell schädliche Proteine entstehen können. Eine zentrale Rolle in diesem Prozess spielt das Enzym SMG1, das den NMD aktiviert und so den Abbau fehlerhafter mRNAs auslöst. In menschlichen Zellen arbeitet SMG1 jedoch nicht allein. Zusammen mit den Proteinen SMG8 und SMG9 bildet es einen stabilen Proteinkomplex.
Um die Funktion von SMG8 und SMG9 im zellulären Kontext zu untersuchen, erzeugten die Forschenden gezielt Zelllinien, in denen die beiden Proteine ausgeschaltet wurden. „So konnten wir analysieren, welche Rolle SMG8 und SMG9 in lebenden Zellen tatsächlich spielen“, erklärt Gehring. „Im Reagenzglas lassen sich einzelne Effekte isoliert betrachten, aber erst in der Zelle zeigt sich, wie stabil oder empfindlich ein komplexes Kontrollsystem wirklich ist.“
Überraschenderweise funktionierte der NMD-Mechanismus auch ohne SMG8 oder SMG9 weiterhin, wenn auch etwas weniger effizient. Fehlerhafte mRNAs wurden also nach wie vor erkannt und abgebaut. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass SMG8 und SMG9 keine unverzichtbaren Hauptakteure des NMD sind“, sagt Dr. Volker Böhm, einer der Autoren der Studie. „Sie tragen vielmehr dazu bei, dass der Mechanismus stabiler und zuverlässiger funktioniert.“
Ihre eigentliche Bedeutung zeigte sich jedoch, als die Forschenden das System zusätzlich belasteten. Wurde die Aktivität von SMG1 mit einem spezifischen Hemmstoff reduziert, reagierten Zellen ohne SMG8 oder SMG9 deutlich empfindlicher als normale Zellen. Schon geringe Störungen reichten aus, um den NMD-Mechanismus stark zu beeinträchtigen. „Solange der Komplex vollständig ist, bleibt der NMD-Prozess auch unter veränderten Bedingungen stabil. Fehlt eine Komponenten SMG8 oder SMG9, wird das System aber deutlich anfälliger“, sagt Dr. Sabrina Kueckelmann, Erstautorin der Studie. Dies ist vergleichbar mit einem fahrenden Auto. Ein SMG1-Auto fährt auch ohne SMG8 und SMG9 gut. Bei erschwerten Bedingungen funktionieren SMG8 und SMG9 aber ähnlich wie ABS oder Traktionskontrolle als Assistenzsysteme, so dass die Fahrt auch bei Nässe oder Glatteis sicher und zuverlässig ist.
Die Studie liefert neue Einblicke in die Organisation des SMG1:SMG8:SMG9-Komplexes und zeigt, wie zusätzliche Proteine zur Stabilität eines zentralen Kontrollsystems der Zelle beitragen. Die Arbeiten wurden im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Sonderforschungsbereichs SFB 1678 „Systemische Konsequenzen von Fidelitätsänderungen der mRNA- und Proteinbiosynthese“ durchgeführt.
Professor Dr. Niels Gehring
Institut für Genetik
+49 221 470 3873
ngehring@uni-koeln.de
https://academic.oup.com/nar/article/54/5/gkag193/8521937
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Biology
transregional, national
Research results
German
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