​​​​​​​Forschung wirft Licht auf mysteriöse Boten-RNA-Modifikationen

Ein Team unter der Leitung von Wissenschaftlern der Universität Birmingham ist der Aufdeckung des Zwecks einer Reihe von Modifikationen, die am Anfang der Boten-RNA gefunden wurden und lange Zeit ein grundlegendes Rätsel in der Molekularbiologie geblieben sind, einen Schritt näher gekommen.

Boten-RNAs (mRNAs) sind für die Proteinproduktion von entscheidender Bedeutung. Ihre spezifische Struktur am Anfang der Kette, Kappe genannt, hat zwei Hauptfunktionen. Es schützt die mRNA vor dem Abbau, spielt aber auch eine Schlüsselrolle bei der Produktion von Proteinen durch die Boten-RNA.

Zusätzlich zur Kappenstruktur können die ersten paar Nukleotide einer mRNA kleine Verzierungen tragen, die als Methylierung bezeichnet werden. Diese kommen sowohl bei Tieren als auch bei einigen ihrer Parasiten wie SARS-Viren und Trypanosomen vor, aber ihr Zweck ist rätselhaft geblieben.

Obwohl Wissenschaftler diese mRNA-Modifikation seit mehr als 45 Jahren kennen, ist ihre Wirkung auf die Funktion der mRNA noch nicht gut verstanden. Dies liegt daran, dass Wissenschaftler nicht zeigen konnten, was passiert, wenn diese Methylierung in mRNA „ausgeschaltet“ oder aus tierischen Modellorganismen entfernt wird.

In einer neuen Studie, veröffentlicht in Naturkommunikation, Forschern der Universitäten Birmingham, Oxford, Nottingham und Warwick gelang es, ein Knockout-Modell mit Fruchtfliegen (Drosophila) zu erstellen, indem sie zwei Schlüsselgene entfernten. Das heißt, sie konnten zeigen, was passiert, wenn die Fliegen die beiden für den Methylierungsprozess verwendeten Enzyme nicht haben.

Sie fanden heraus, dass, obwohl die modifizierten Fliegen noch lebten, die beiden Enzyme eine wichtige Rolle im Belohnungslernprozess der Tiere spielten. Diese Fliegen zeigten einen Defekt in ihrer Fähigkeit, die Assoziation eines bestimmten Geruchs mit einer Zuckerbelohnung zu lernen.

Erstautor Dr. Matthias Soller von der School of Biosciences der University of Birmingham sagt: „Die Studie zeigt uns, dass mRNA-Modifikationen wichtige Funktionen im Gehirn haben. Obwohl diese Fliegen leben, sind sie nicht sehr gut in der Lage, wesentliche Überlebensfähigkeiten zu erlernen .“

Die Forschung baut auf Arbeiten auf, die zuvor von einem der Co-Autoren der Veröffentlichung, Professor Rupert Fray von der University of Nottingham, durchgeführt wurden, der herausfand, dass Kappenmodifikationen bei Mäusen hochdynamisch sind.

Das Team entdeckte, dass diese Modifikationen eine Rolle beim Transport der mRNAs zu Synapsen spielten – dem Ort der Kommunikation zwischen Neuronen.

Professor Scott Waddell vom Centre for Neural Circuits and Behavior an der Universität Oxford sagte: „Dieser Lernphänotyp wirft viele neue Fragen auf. Obwohl wir die genaue Natur der zugrunde liegenden neuronalen Dysfunktion noch nicht kennen, erinnert sie an die genetische Krankheit, die mit Fragile verbunden ist X Mental Retardation Protein FMRP, das ebenfalls RNA-Biologie beinhaltet und dafür bekannt ist, dass es Defekte in der Synapsenentwicklung und Plastizität hervorruft.“

Dr. Irmgard Haussmann von der Birmingham City University fügt hinzu: „Die Analyse der Cap-Modifikationen ist sehr herausfordernd und es müssen weitere technische Hürden genommen werden, um Modifikationen in spezifischen mRNAs zu untersuchen.“

„Dies ist sehr relevant, da SARS und andere Viren ihr eigenes Cap-Methylierungsenzym haben, aber es ist nicht wirklich verstanden, welche Rolle dies bei Virus-Wirt-Interaktionen spielt“, fügt Dr. Nathan Archer von der University of Nottingham School of Veterinary Medicine hinzu Wissenschaften.

Der nächste Schritt für das Team wird darin bestehen, den Mechanismus genauer zu untersuchen, durch den die modifizierte mRNA die Proteinexpression beeinflussen kann, die für das Belohnungslernen und die Virusvermehrung relevant ist.