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Arbeitsgruppe des Instituts für Genetik der Justus-Liebig-Universität Gießen veröffentlicht Studie
Zelleigene Entsorgung: Ein internationales Team um Dr. Sigurd Braun vom Institut für Genetik der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) hat den Abbau von überzähligen Ribonukleinsäure-Molekülen (RNA) im Zellkern untersucht und die Ergebnisse im renommierten Fachjournal „Nature Structural & Molecular Biology“ veröffentlicht. Dr. Braun ist kürzlich im Rahmen einer Heisenberg-Professur von der Ludwig-Maximilians-Universität München an die JLU gewechselt.
Die Genexpression steuert die Neusynthese von Proteinen, die bestimmte Aufgaben in der Zelle wahrnehmen. Dies geschieht durch das Ablesen von Genen und die Anfertigung von Kopien in Form von sogenannten Boten-RNAs (messenger-RNA, mRNA). Dieser Prozess wird als Transkription bezeichnet. Anschließend werden die mRNA-Moleküle aus dem Zellkern transportiert und in Proteine übersetzt (Translation). Vielzellige Organismen wie der Mensch verfügen über eine große Anzahl unterschiedlicher Zellen, die jeweils eine andere Ausstattung von Proteinen haben. Daher muss die Bereitstellung der mRNAs angepasst werden.
Eine Möglichkeit, die Menge an mRNAs zu regulieren, ist über deren gezielten Abbau. Im Zellkern geschieht dies über eine Abbaumaschinerie, die als nukleäres Exosom bezeichnet wird und auch andere, so genannte nicht-kodierende RNAs (ncRNA) abbaut. Um den Abbau dieses breiten Spektrums an RNAs zu bewerkstelligen, arbeitet das Exosom mit Adapter-Faktoren zusammen, die die Erkennung und Weiterleitung der verschiedenen RNA-Moleküle vermitteln. Wo aber genau dieser Abbau im Zellkern stattfindet und wie dieser koordiniert wird, war bislang wenig verstanden.
Zusammen mit internationalen Partnern konnte das Team von Dr. Braun zeigen, dass verschiedene Routen für den RNA-Abbau im Zellkern existieren. Einer dieser Abbauwege verläuft über ein Protein der Kernmembran, die den Zellkern umschließt. Dieses Protein, Lem2, kommt in allen Eukaryonten von der einzelligen Hefezelle bis zum Menschen vor.
Zellen, denen Lem2 fehlt, sammeln große Mengen ncRNA und mRNA an. „Dies war für uns der erste Hinweis, dass der RNA-Abbauweg defekt ist“, erklärt Dr. Braun. Bei der Aufklärung des molekularen Mechanismus fanden die Forscher dann heraus, dass Lem2 tatsächlich Teil des Exosom-Abbauwegs ist und direkt an einen der Adapter-Faktoren bindet. Weiter fanden sie heraus, dass RNA-Moleküle, die über das Exosom abgebaut werden, oft an der Kernmembran lokalisiert sind. Umgekehrt werden diese RNAs aber von den Adapter-Faktoren nicht richtig erkannt, wenn Lem2 fehlt. Dies alles deutet daraufhin, dass Lem2 eine zentrale Stellung in diesem Abbauweg einnimmt und das Zusammenspiel zwischen RNA-Erkennung und Weiterleitung zum Exosom an der Kernmembran koordiniert.
Warum ist es aber nun wichtig, die Abbaumaschinerie an der Kernmembran zu verankern? „Damit kommt es zu einer verstärkten Konzentration der beteiligten Faktoren, die sich andernfalls im Zellkern verteilen und vielleicht nicht finden würden“, sagt Dr. Braun. „Auch hilft dies vermutlich, die einzelnen Schritte von der Erkennung der RNAs bis zu deren Abbau besser zu koordinieren“.
Interessanterweise ist Lem2 auch noch an weiteren Aufgaben im Zellkern beteiligt, wie zum Beispiel dem Abschalten von Retrotransposons, die auch als „springende Gene“ bekannt sind und die die Integrität des Genoms gefährden. Wie Lem2 diese unterschiedlichen Aufgaben an der Kernmembran ausübt, bleibt eine spannende Frage, die das Forscherteam um Dr. Braun in den nächsten Jahren beantworten möchte.
Dr. Sigurd Braun, Institut für Genetik
Heinrich-Buff-Ring 58-62, 35392 Gießen
Telefon: 0641 99-35473
E-Mail: Sigurd.Braun@gen.bio.uni-giessen.de
Martín Caballero, L., Capella, M., Barrales, R.R. et al. The inner nuclear membrane protein Lem2 coordinates RNA degradation at the nuclear periphery. Nat Struct Mol Biol 29, 910–921 (2022)
https://doi.org/10.1038/s41594-022-00831-6
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Biology
transregional, national
Research results
German
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