Wie Wirkstoffe die RNA und damit die Expression von Genen beeinflussen, ist für die Entwicklung möglicher Therapeutika von großem Interesse. Mit einer kürzlich entwickelten Methode haben Innsbrucker Chemiker nun die Bindung des Aminoglykosids Neomycin B an einen sogenannten mRNA-Riboschalter untersucht.
Bei wichtigen zellulären Prozessen erkennen Ribonukleinsäuren (RNA) gezielt bestimmte Proteine oder kleine organische Moleküle als Bindungspartner. Um diese Prozesse zu verstehen und die Entwicklung potenzieller Therapeutika gegen RNA voranzutreiben, ist es wichtig, im Detail zu verstehen, wie Liganden an RNA binden.
Eine Herausforderung bei Studien zu RNA-Komplexen mit Arzneimitteln besteht jedoch darin, dass RNA mehrere Bindungsmotive bieten kann, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer oder gar nicht aufzulösen sind. Forscher um Kathrin Breuker vom Institut für Organische Chemie der Universität Innsbruck haben nun mit einer kürzlich entwickelten Methode die Bindung des Aminoglykosids Neomycin B an einen sogenannten mRNA-Riboschalter untersucht. Die Ergebnisse werden im veröffentlicht Zeitschrift der American Chemical Society.
Gleichzeitige Bindung
Für ihre Studie nutzte das Team um Kathrin Breuker ein Fourier-Transform-Ionen-Zyklotron-Resonanz-Massenspektrometer (FT-ICR), mit dem sich RNA-Komplexe unterschiedlicher Stöchiometrie in der Gasphase voneinander trennen und einzeln untersuchen lassen.
„Für die RNA-Sequenz mit dem höchsten regulatorischen Faktor für die Riboschalter-Funktion haben wir zwei verschiedene Bindungsmotive für Neomycin B identifiziert und konnten auch deren relative Populationen bestimmen“, erzählt Kathrin Breuker. „Durch die Einführung von RNA-Basenmutationen konnten wir die Populationen der beiden Bindungsmotive gezielt verschieben und so ein besseres Verständnis der Aminoglykosidbindung an den Riboschalter entwickeln.“
Da die Populationen der beiden Bindungsmotive für die nicht mutierte Sequenz gleich waren, vermuten die Innsbrucker Forscher, dass die Funktion des Riboschalters durch die gleichzeitige Bindung zweier Neomycin-B-Moleküle gesteuert wird.
Der neue experimentelle Ansatz ermöglicht systematische Untersuchungen der Bindungsspezifität von RNA und wird ergänzend zu etablierten Methoden zur Strukturaufklärung neue Einblicke in die RNA-Funktion auf molekularer Ebene liefern.
Mehr Informationen:
Sarah Viola Heel et al., Native Top-Down-Massenspektrometrie deckt zwei unterschiedliche Bindungsmotive eines funktionellen Neomycin-empfindlichen Riboswitch-Aptamers auf, Zeitschrift der American Chemical Society (2023). DOI: 10.1021/jacs.3c02774