Die nichtkodierende 7S-RNA reguliert die Genexpression in menschlichen Mitochondrien

Eine neue Studie in der Zeitschrift veröffentlicht Zelle zeigt, dass ein nichtkodierendes RNA-Molekül die mitochondriale Genexpression in menschlichen Zellen reguliert. Die Arbeit ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen der Universität Göteborg und dem Karolinska Institutet, beide Schweden, und der Universität zu Köln, Deutschland.

Mitochondrien sind die Kraftwerke der Zellen und entscheidend für die Umwandlung von Energie aus unserer Nahrung in die Energieform, die für verschiedene Zellfunktionen benötigt wird. Ein besonderer Aspekt der Mitochondrien ist die Existenz eines separaten mitochondrialen Genoms, das, wenn es beschädigt wird, schwere Krankheiten verursachen kann, die hochenergetische Gewebe wie Gehirn und Herz beeinträchtigen. Daher ist es entscheidend zu untersuchen, wie die mitochondriale Genexpression reguliert wird, um – langfristig – Wege zu finden, diesen Prozess mit Therapien zu kontrollieren.

Menschliche mitochondriale 7S-RNA gehört zu einer großen Familie von nichtkodierenden RNA-Molekülen, die für die richtige Entwicklung in Säugetieren unerlässlich sind. Es war bereits bekannt, dass die Konzentrationen der mitochondrialen 7S-RNA in Abhängigkeit von den metabolischen Anforderungen der eukaryotischen Zelle variieren, aber die molekulare Grundlage und die funktionellen Auswirkungen dieser Veränderungen waren unbekannt. In ihrer Arbeit entwickelten die Wissenschaftler Methoden, um die Auswirkungen von 7S-RNA sowohl auf gereinigte Proteine ​​als auch mitochondriale Genaktivität in Zellen zu untersuchen.

„Das Aufregendste an der Studie ist, dass wir einen völlig neuen Mechanismus zur Regulation der mitochondrialen Aktivität identifizieren. Unsere Ergebnisse zeigen die Funktion von 7S-RNA, einem Molekül, das bereits vor 40 Jahren identifiziert wurde. Obwohl 7S-RNA reichlich vorhanden ist und in Studien häufig gemessen wird Mitochondrienfunktion, ihre physiologische Rolle blieb bis jetzt ein Rätsel. Wir sind begeistert, dass wir in Zusammenarbeit eine Kryo-EM-Struktur bestimmen konnten, die den wahrscheinlichen Mechanismus zeigt, wie 7S-RNA die mitochondriale Genaktivität hemmt“, sagt Xuefeng Zhu. Xuefeng und Xie Xie, beide an der Universität Göteborg, teilen sich die Erstautorenschaft des Artikels mit Hrishikesh Das vom Karolinska Insititutet.

Nichtkodierende RNA-Moleküle spielen eine wichtige Rolle bei der Regulierung verschiedener Prozesse im Zellkern, aber eine definierte Rolle bei der Regulierung der mitochondrialen Funktion wurde bisher nicht berichtet. „Unser Ergebnis zeigt eine neue und physiologisch relevante Ebene der Regulation in menschlichen Mitochondrien. Die Herausforderung besteht nun darin, zu verstehen, wie die 7S-RNA-Ebenen als Reaktion auf die Stoffwechselbedürfnisse der menschlichen Zelle fein abgestimmt werden. Wir haben Ideen und werden versuchen, sie zu erforschen in den kommenden Jahren“, sagt Xie Xie, die die Arbeit als Postdoktorandin an der Universität Göteborg durchführte, aber jetzt als Wissenschaftlerin bei Pretzel Therapeutics arbeitet, einem Start-up-Unternehmen, das neue Wege zur Behandlung von mitochondrialen Funktionsstörungen entwickelt.

„Dies ist ein neues Prinzip zur Regulierung der mitochondrialen Aktivität und zukünftige Therapien, die auf die 7S-RNA-Produktion abzielen, können wertvoll sein“, sagt Maria Falkenberg, Professorin an der Universität Göteborg, die die Studie zusammen mit Martin Hällberg am Karolinska Insititutet leitete. Es wird jedoch Jahre dauern, die praktischen Implikationen der Arbeit zu erforschen. „Das sind noch junge Tage, aber das wird ein neues Feld in der Mitochondrienforschung eröffnen“, sagt Martin Hällberg.