Die Entdeckung der Schlüsselrolle eines Proteins in RNA-Prozessen könnte die Behandlung von Krankheiten bei Menschen und Pflanzen verbessern

Forscher von Texas A&M AgriLife haben ein vielversprechendes Ziel für die Steuerung der Genexpression und anderer zellulärer Prozesse entdeckt, das zu Fortschritten bei der Widerstandsfähigkeit von Nutzpflanzen und unserem Verständnis bestimmter menschlicher Krankheiten führen könnte.

Dieses Ziel konzentriert sich auf die RNA-Regulation, die, wenn sie beim Menschen gestört wird, oft mit neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson sowie vielen Krebsarten in Verbindung gebracht wird. Andererseits können Verbesserungen in bestimmten RNA-Produktionsprozessen zu neuen Therapeutika und einer verbesserten Widerstandsfähigkeit der Pflanzen führen.

Vor diesem Hintergrund hat eine Gruppe von Forschern unter der Leitung von Xiuren Zhang, Ph.D., Christine Richardson, Stiftungsprofessorin am Texas A&M College of Agriculture and Life Sciences, Abteilung für Biochemie und Biophysik und gemeinsam ernannte Professorin am Texas A&M College of Arts and Die Abteilung für Biologie der Naturwissenschaften hatte das Ziel, zu erforschen, wie RNA-Prozesse innerhalb von Zellen koordiniert werden.

Ihr Studium, veröffentlicht in Naturzellbiologiezeigt, dass ein Protein namens Serrate die RNA-Modifikation und die microRNA-Produktion, zwei wesentliche zelluläre Funktionen, auf bisher unbekannte Weise miteinander verbindet.

„Wir haben herausgefunden, dass bestimmte RNA-Prozesse sich gegenseitig beeinflussen, anstatt isoliert zu arbeiten“, sagte Zhang. „Diese neuen Erkenntnisse könnten es uns ermöglichen, die Genexpression für Anwendungen in der Pflanzenwissenschaft und der menschlichen Gesundheit genauer zu regulieren.“

Die Studie wurde von Zhang geleitet und vom Postdoktoranden Songxiao Zhong durchgeführt, zusammen mit der Unterstützung anderer Wissenschaftler von Texas A&M AgriLife Research, dem Texas A&M College of Medicine, der University of Nebraska und dem Guangdong Provincial Key Laboratory of Biotechnology for Plant Development.

Die Rolle der RNA für die Gesundheit von Pflanzen und Menschen

RNA spielt in der Zelle eine entscheidende Rolle und reicht von der Funktion als Botenstoff über die Übersetzung des genetischen Codes in Proteine, die Katalyse von Reaktionen bis hin zur Regulierung anderer RNA-Moleküle zur Anpassung der Genexpression. All dies ist notwendig, damit Zellen – und ganze Organismen – ordnungsgemäß funktionieren.

Angesichts der vielfältigen Rollen der RNA seien für ihre Herstellung Schritte erforderlich, um sicherzustellen, dass jedes Molekül präzise hergestellt und ordnungsgemäß dekoriert wird, um seine spezifische Aufgabe zu erfüllen, sagte Zhang. Hier kommen RNA-Modifikationen ins Spiel.

„Man kann sich RNA-Modifikationen wie Satzzeichen in einem Satz vorstellen“, sagte Zhang. „Diese Modifikationen können wie ein Ausrufezeichen wirken, um bestimmte Anweisungen hervorzuheben, wie ein Komma, um andere anzuhalten, oder sogar wie ein Punkt, um die Verwendung einiger RNA insgesamt zu verhindern.“

Die Rolle von Serrate bei der RNA-Modifikation

Zhang und Zhong untersuchten in ihrer aktuellen Forschungsstudie die Prozesse hinter diesen Modifikationen. Insbesondere untersuchten sie die häufigste Art der Modifikation, bei der dem RNA-Molekül eine kleine chemische Gruppe hinzugefügt wird – die sogenannte N6-Adenosin-Methylierung oder m6A-Modifikation.

In der Landwirtschaft wurde gezeigt, dass der Ertrag von Reis und Mais durch die m6A-Spiegel auf Messenger-RNA oder mRNA beeinflusst wird, die schließlich in Proteine ​​übersetzt werden. Der m6A-Spiegel beeinflusst auch die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen gegenüber Virusinfektionen.

Zhangs Team untersuchte die molekulare Maschine, die für diese Art von Modifikation der mRNA verantwortlich ist. Sie fanden heraus, dass das Protein Serrate mit dieser molekularen Maschine interagiert, um zu verhindern, dass ein gestörter Teil der Maschine zu sehr durcheinander gerät, um zu funktionieren.

Sie fanden heraus, dass Serrate auch den m6A-Modifikationsprozess rationalisieren, ihn effizienter machen und verhindern kann, dass andere Enzyme ihn abbauen.

Während die Rolle von Serrate in anderen biologischen Prozessen bereits gut dokumentiert ist, ist seine Rolle bei der Aufrechterhaltung der m6A-Addiermaschine neu. Die Entdeckung der Rolle von Serrate bei der RNA-Modifikation zeigt einen Zusammenhang zwischen diesem Prozess und der Produktion einer anderen Art von RNA: microRNA.

mRNA- und microRNA-Verbindung

Zhangs Labor erforscht das Serrate-Protein schon seit Jahren, aber nicht wegen seiner Rolle bei der mRNA-Modifikation, sondern wegen seiner bekannteren Rolle bei der Produktion von microRNAs.

In der Zelle fungieren microRNAs als Mengenkontrollmittel bei der Proteinproduktion. Diese Moleküle können die Genexpression regulieren, indem sie unnötige RNAs eliminieren oder verhindern, dass bestimmte RNAs in Proteine ​​übersetzt werden.

Die Erkenntnisse von Zhang und Zhong, dass Serrate sowohl an der microRNA-Produktion als auch an mRNA-Modifikationen beteiligt ist, zeigen seine einzigartige Stellung als Regulator des Schicksals der zellulären RNAs.

„Beide Prozesse wurden separat untersucht, ihre gegenseitige Regulierung blieb jedoch bisher weitgehend unbemerkt“, sagte Zhong. „Wir haben herausgefunden, dass Serrate als Brücke zwischen diesen beiden entscheidenden Mechanismen fungiert. Dies ist ein wichtiger Schritt in unserer Grundlagenforschung. Das Verständnis der Koordination ist für die Entwicklung neuer Behandlungen von entscheidender Bedeutung.“

Auswirkungen auf Gesundheit und Landwirtschaft

Zhang sagte, diese Entdeckung öffne die Tür für Behandlungen, die auf diesen RNA-Modifikationsprozess abzielen könnten, um Probleme bei der Genregulation zu beheben und den Wissenschaftlern mehr über diese grundlegenden Prozesse zu verraten.

„Wir haben jetzt ein klareres Verständnis darüber, wie m6A in der Zelle reguliert wird, was neue Möglichkeiten für die Arzneimittelentwicklung eröffnet“, sagte Zhang. „Indem wir auf die von uns identifizierten Signalwege abzielen, könnten wir Behandlungen für Krankheiten entwickeln, die auftreten, wenn diese Prozesse schiefgehen.“

Zhang sagte, diese Erkenntnisse seien für die Landwirtschaft ebenso wichtig. RNA-Modifikationen helfen Pflanzen, auf Umweltherausforderungen wie Dürre, ungünstige Salzgehaltsbedingungen und den Druck durch Krankheitserreger zu reagieren. Das Team glaubt, dass durch die Manipulation dieser RNA-Prozesse die Widerstandsfähigkeit und Produktivität der Pflanzen verbessert werden könnte.

Für die Zukunft plant das Forschungsteam, seine Arbeit auszuweiten, um zu untersuchen, wie diese RNA-Prozesse in anderen Nutzpflanzen und in menschlichen Zellen funktionieren.

„Diese Studie eröffnet uns eine neue Möglichkeit, die RNA-Regulation bei einer Vielzahl von Arten zu verstehen“, sagte Zhang. „Wir freuen uns darauf, herauszufinden, wie wir dieses Wissen nutzen können, um die Zukunft der menschlichen Gesundheit und der Landwirtschaft zu verbessern.“