RNA-Faltungswege bildlich erfassen

Wissenschaftler der Universität Innsbruck, des Institut de Biologie Structurale Grenoble und der Universität Wien haben ihr gemeinsames FWF-ANR-Projekt „Investigating RNA folding and chaperone activity by multidimensional NMR spectroscopy“ eingereicht und eine Fördersumme von 670.000 Euro erhalten. Das Projekt wird voraussichtlich im Februar 2012 starten.
3-dimensionale Struktur einer regulativen RNA
Bild: 3-dimensionale Struktur einer regulativen RNA

Die Wissenschaftler Christoph Kreutz der Universität Innsbruck, Bernhard Brutscher des Institut de Biologie Structurale in Grenoble sowie Robert Konrat der Universität Wien haben es sich mit ihrem geförderten Projekt mit dem Titel „Investigating RNA folding and chaperone activity by multidimensional NMR spectroscopy“ zur Aufgabe gemacht, die Faltungswege der Ribonukleinsäure im Detail zu erforschen. Das Projekt zielt dabei auf ein genaueres Verständnis der strukturellen Vielfalt von Ribonukleinsäuren, RNA, ab. Ribonukleinsäure ist der Desoxyribonukleinsäure, DNA, der Trägerin der Erbinformation, sehr ähnlich, aber während DNA, einer längerfristigen Speicherung der genetischen Informationen dient, fungiert die RNA als Übergangsspeicher. Dabei ist die RNA aber nicht nur eine reine Kopie ohne weitere Funktion, sondern kann vielfältige regulatorische Funktionen in der Zelle ausführen. In den letzten Jahren trat das komplexe Regulations-Netzwerk aus RNA-Molekülen und Proteinen aus dem Schatten des großen Bruders DNA hervor und ist nun Mittelpunkt vieler Forschungszweige. RNAs bestehen aus kleinen Bausteinen, den sogenannten Ribonukleotiden, und bilden lange Ketten, die in einem sogenannten Faltungsprozeß unerwartet-komplexe dreidimensionale Strukturen bilden, um ihre biologische Aktivität ausüben zu können. Allerdings sind die zu Grunde liegenden Mechanismen dieser Faltungsprozesse wenig bekannt oder gar unbekannt.

Beobachtung in Echtzeit

Das bewilligte Projekt will vor allem drei Fragen beantworten. Wie funktionieren die Übergänge zwischen unterschiedlichen Strukturen von regulativen RNAs auf atomarer Basis? Wie können die unterschiedlichen-biologischen Funktionen dadurch bewirkt werden? Welche Rolle kommt dabei Proteinen, die mit RNAs interagieren, zu? Um diese Fragestellungen beantworten zu können, werden schnelle Kernresonanz-spektroskopische (NMR) Methoden, die für Proteine bereits etabliert sind, für RNA neu entwickelt. Damit können schließlich RNA Faltungswege und RNA-Protein Wechselwirkungen in Echtzeit beobachtet werden. Das finale Ziel wäre ein “Film“, der mit atomarer Auflösung - d.h. einzelne Atome können während der Prozesses beobachtet werden - den Übergang zwischen den Zuständen mit unterschiedlicher biologischer Funktion wiedergibt. „Das Ziel wäre ein sogenannter molecular movie, der anschaulich macht, wie ein Atom in einen anderen Zustand umfaltet. Klarer gesagt die Struktur jedes Atoms verändert sich und wir würden gern den Übergang von Form 1 zu Form 2 bildlich erfassen“, erklärt Dr. Christoph Kreutz vom Institut für Organische Chemie. Ein zentraler Aspekt des Projektes ist dabei der multidisziplinäre Ansatz, der organisch-chemische Synthese mit biochemischen und biophysikalischen Methoden kombiniert, um wichtige molekularbiologische Fragestellungen zu beantworten.

Wirkstoffforschung als Endziel

Diese RNAs sind oft in pathogenen Bakterien enthalten, d. h. dass durch das Verstehen dieser Mechanismen die Entwicklung einer neuen Generation von Antibiotika ermöglicht werden würde. „Wenn man diese Mechanismen besser versteht, kann man zielgerichteter Moleküle entwickeln, die diese Prozesse stören“, so Christoph Kreutz.

Ein Projekt – drei Standorte

Der FWF – Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung – ist Österreichs zentrale Einrichtung zur Förderung der Grundlagenforschung. In diesem Sinn ist es nicht verwunderlich, dass ein internationales Joint Projekt, das an drei Standorten im gegenseitigen Transfer der Ergebnisse erarbeitet wird, bewilligt wurde. Das Projekt wird voraussichtlich im Februar 2012 starten und soll bis 2015 beendet werden. Das Gesamtvolumen der Förderung beträgt 670.000 Euro und ist auf Innsbruck mit 256.000 Euro, auf Wien mit 160.000 Euro und auf Frankreich mit 254.000 Euro aufgeteilt.