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Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Universität Hamburg hat die Auswirkungen des Nukleosids N⁶-Methyladenosin auf verschiedene Prozesse während der Proteinbiosynthese auf molekularer Ebene untersucht. Die Ergebnisse wurden nun in der Fachzeitschrift „Molecular Cell“ veröffentlicht.
Die Translation ist der letzte Schritt der Proteinbiosynthese, bei der es sich um einen überlebenswichtigen Prozess der Bildung von neuen Proteinen in den Zellen handelt. Dabei werden Boten-Ribonukleinsäure (mRNA) von den Ribosomen mithilfe der Transfer-Ribonukleinsäure (tRNA) in die gewünschten Proteine übersetzt und aus Aminosäuren aufgebaut. Kommt es hierbei zu Fehlern, können nicht funktionsfähige Proteine entstehen, die schwere genetische Krankheiten oder Krebs verursachen können. Grund genug, diesen im Detail immer noch nicht ganz verstandenen Prozess auf molekularer Ebene zu durchleuchten.
Dazu untersuchten die Forschenden das Nukleosid N6-Methyladenosin (m6A), welches während der Translation beim Abbau von tRNA entsteht. Neben den Grundbausteinen der mRNA, der Nukleobasen A, C, G und U, kommen natürlich modifizierte Nukleoside in mRNAs vor, die oft eine Schlüsselfunktion steuern. Frühere Studien lieferten Hinweise, dass m6A allein durch seine Anwesenheit in bestimmten Regionen der mRNA den Start und den Ablauf der Translation erleichtert.
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchten, ob das modifizierte Nukleosid m6A einen Einfluss auf die Translation hat, wenn es sich in der Nähe des Startcodons befindet. Dabei handelt es sich auf dem mRNA-Bauplan um spezielle Startmarkierungen, die festlegen, wo das zu synthetisierende Protein anfängt. Weiterhin prüften die Forschenden, ob und wie genau die Anwesenheit von m6A in Randbereichen der mRNA, den sogenannten 5'-untranslatierten Regionen (5'UTRs), die sich außerhalb der Start- und Stoppcodons befinden, den Start der Translation beeinflussen können.
Die Forschenden kombinierten für ihre Untersuchungen verschiedene strukturelle, biochemische, Einzelmolekül- und Berechnungsansätze. Dabei fanden sie heraus, dass einzelne m6A in unmittelbarer Nähe des Startcodons keinen Einfluss auf die Translationsausbeute und in Randbereichen der mRNA, den 5'UTR, keinen Einfluss auf den Translationsstart hat.
„Wir verwendeten einen neuen integrativen Ansatz und konnten zeigen, dass ein einzelnes m6A in der 5'UTR die Translationsdynamik weder unter homöostatischen Bedingungen noch unter Stress beeinflusst“, sagt Projektleiterin Prof. Dr. Zoya Ignatova aus dem Fachbereich Chemie der Universität Hamburg.
Modifizierte Nukleoside, wie m6A, rücken mehr und mehr in den Fokus medizinischer Anwendungen, zum Beispiel bei den Anti-COVID19 Impfstoffen. Dabei ist es das Ziel, grundlegende zelluläre Prozesse nicht zu verändern. Das Ergebnis der Studie über eine neutrale Wirkung von m6A auf die Translation wird die Entwicklung neuer mRNA-basierter Impfstoffe und Gentherapien fördern.
Prof. Dr. Zoya Ignatova
Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften
Fachbereich Chemie
Tel.: +49 40 42838-2332
E-Mail: zoya.ignatova@uni-hamburg.de
N⁶-methyladenosine in 5’ UTR does not promote translation initiation,
E. Guca, R. Alarcon, M. Z. Palo, L. Santos, S. Alonso-Gil, M. Davyt, L. H. França di Lima, F. Boissier, S. Das, B. Zagrovic, J. D. Puglisi, Y. Hashem, and Zoya Ignatova,
Molecular Cell 84, 1–12 (2024).
DOI: https://doi.org/10.1016/j.molcel.2023.12.028
https://www.min.uni-hamburg.de/ueber-die-fakultaet/aktuelles/2024/0119-einfluss-...
Symbolbild
Pixabay
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Biology, Chemistry, Medicine, Nutrition / healthcare / nursing
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
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