Die unter dem Namen Ribozyme zusammengefassten RNA-Moleküle beschleunigen chemische Reaktionen in der Zelle. Vor einigen Jahren wurden vier neue Klassen dieser Moleküle entdeckt, an deren funktioneller Aufklärung die Arbeitsgruppe um Ronald Micura federführend mitwirkt. 2016 war es den Innsbrucker Wissenschaftler gelungen, die funktionelle Struktur des Pistol-Ribozyms erstmals zu beschreiben und somit ein dynamisches Bild des Moleküls zu liefern. Ein Jahr später konnten die Forscher jene Nukleotide und ein Metallion identifizieren, deren chemische Reaktion für die Aufspaltung des Ribozyms verantwortlich zeichnet. Diese Moleküle aktivieren sich nämlich, in dem sie sich selbst entzweischneiden.
In einer Arbeit in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie International Edition gehen die Forscher um Ronald Micura gemeinsam mit Kollegen in den USA und in China nun noch einen Schritt weiter. Während die Strukturaufklärung von Ribozymen in der Regel an Molekülen direkt vor dem Auseinanderschneiden erfolgt, konnten sie jetzt auch den Übergangszustand mimetisch nachbilden und damit den gesamten mechanistischen Ablauf der chemischen Reaktion dokumentieren. „Diese Übergange sind hochenergetische Zustände, die im Allgemeinen nicht direkt untersucht werden können. Deshalb haben wir eine Anleihe in der anorganischen Chemie genommen und mit einem sogenannten Vanadat-System den chemischen Übergangszustand nachgebildet. Auf diese Weise konnten wir den chemischen Mechanismus aufklären“, erzählt Ronald Micura.
Das Pistol-Molekül ist erst das dritte Ribozym, das auf diese Weise beschrieben werden konnte. Das Interesse an den Ergebnissen ist dementsprechend groß. Besonders Theoretiker interessieren sich für diese detailreichen Analysen, weil sie damit ihre eigenen Prognosen überprüfen können. Den Innsbrucker Chemikern gelang es aber nicht nur den Übergangszustand darzustellen, sie konnten auch zeigen, dass ein spezifisches Metallion für die Stabilisierung des Reaktionsprodukts verantwortlich zeichnet.
Finanziert wurde die Untersuchung unter anderem vom österreichischen Wissenschaftsfonds FWF und der österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG sowie von Forschungsförderungsgesellschaften in den USA und China.
Links
- On crucial roles of two hydrated Mg2+ ions in reaction catalysis of the pistol ribozyme. Marianna Teplova, Christoph Falschlunger, Olga Krasheninina, Michaela Egger, Aiming Ren, Dinshaw J Patel, and Ronald Micura. Angewandte Chemie International Edition 2019
- Molecular simulations of the pistol ribozyme: unifying the interpretation of experimental data and establishing functional links with the hammerhead ribozyme. Ken Kostenbader and Darrin M. York. RNA 2019
- Institut für Organische Chemie
- Centrum für Molekulare Biowissenschaften (CMBI)