Blåt lys til RNA -kontrol

Messenger -RNA -molekyler indeholder genetisk information og styrer dermed syntesen af ​​proteiner i levende celler. Biokemikere ved University of Bayreuth og University of Bonn har nu opdaget en måde at regulere denne proces, der er central for genekspression:Nogle actinobakterier indeholder et protein, der binder RNA -molekyler under blåt lys og derved kan deaktivere dem. I princippet, det er således muligt at tænde og slukke RNA-kontrolleret proteinsyntese via lys, ikke kun i bakterier, men også i pattedyr og endda menneskelige celler. Resultaterne offentliggjort i Naturens kemiske biologi er grundlaget for et nyt forskningsfelt:optoribogenetik.

For nogen tid nu, lyssignaler er blevet brugt til at ændre transskriptionen af ​​genetisk information - og følgelig proteinsyntese styret af RNA (ribonukleinsyre) molekyler - på DNA -niveau. Denne tilgang er en del af optogenetik og er nu en veletableret metode til molekylær og cellebiologi. Imidlertid, den nye undersøgelse viser nu for første gang en mekanisme, hvormed interaktionen mellem RNA og specifikke proteiner kan påvirkes af lys. Genekspression i bakterier kan derfor kontrolleres direkte på niveau med RNA -molekyler.

Forskerne ledet af prof. Dr. Andreas Möglich i Bayreuth og prof. Dr. Günter Mayer i Bonn har vist, at denne mekanisme kan overføres til pattedyrsceller. "I løbet af de næste par år, vi vil udvide den lysstyrede regulering til forskellige cellulære processer, der involverer RNA. De resulterende værktøjer, som ikke har været tilgængelige til dato, vil i høj grad fremme undersøgelsen af ​​centrale cellulære processer. Grundstenen til optoribogenetik, et nyt supplement til optogenetik, er nu lagt, "siger prof. dr. Andreas Möglich.

Søg efter et kandidatprotein, der reagerer på lys

Udgangspunktet for forskningsarbejdet var jagten på et bakterielt fotoreceptorprotein, der kunne påvirke sin egen bindingsadfærd i forhold til RNA under påvirkning af lys. Forskerne søgte i de eksisterende sekvensdatabaser og fandt, hvad de ledte efter. Bakterier af arten Nakamurella multipartita indeholder et protein med en iøjnefaldende trepartsarkitektur:tre forskellige sektioner eller "domæner" kaldet "PAS, "" ANTAR "og" LOV, "er arrangeret efter hinanden i en usædvanlig rækkefølge.

Som det kunne vises i samarbejde med forskergruppen for professor Dr. Robert Bittl ved Freie Universität Berlin, LOV fotosensor domænet reagerer på blåt lys og sender signalerne til ANTAR domænet. ANTAR -domænet ændrer derefter sin struktur, så RNA -molekyler bindes og dermed gøres utilgængelige:De er ikke længere tilgængelige for genekspression, og den genetiske information, der er indeholdt i dem, bruges ikke længere til syntese af proteiner.

Først når bestråling af det blå lys ophører, og ANTAR -domænet vender tilbage til sin normale struktur, stopper interaktionen med RNA'et. Nu bliver RNA aktivt igen. Forskerne etablerede og demonstrerede først denne proces ved hjælp af RNA -aptamerer. Disse er små RNA-molekyler med en hårnålelignende struktur, der kan komme ind i strukturen af ​​ANTAR-domænet, som åbnes under blåt lys, og er bundet der. Mayer:"Aptamerer arbejder modulært:De kan kobles til andre enheder som et byggesten."

Forskerne testede også deres nye forskningstilgang til eukaryote celler, som de tidligere havde introduceret bakterieproteinet og RNA -aptamererne i. I disse celler, også, de strukturelle ændringer, der udløses af blåt lys, fører til, at messenger -RNA -molekyler bindes til proteinet og i denne tilstand, suspendering af genekspression. "Vi har nu en lyskontakt, hvormed forskellige RNA -molekylers cellulære aktivitet specifikt kan tændes og slukkes, "forklarer prof. dr. Günter Mayer fra LIMES -instituttet ved universitetet i Bonn.

Hans kollega fra Bayreuth, Prof. Dr. Andreas Möglich, tilføjer:"Tilgangen til lysreguleret kontrol kan i princippet overføres til mange andre RNA-baserede processer, såsom behandling af mikro-RNA'er og det dertil knyttede fænomen gendæmpning. "I efterfølgende undersøgelser, de to forskere og deres forskningsgrupper håber at undersøge, i hvilket omfang den nyopdagede mekanisme kan bruges i modelorganismer til at kontrollere genekspression og andre processer.