Laurin Flemmich und Sarah Heel
Laurin Flemmich und Sarah Heel beim ersten Beleg der RNA Methyltransferase-Aktivität.

Ribo­schal­ter: Plus 14 macht den Unter­schied

Forscherinnen und Forscher des Instituts für Organische Chemie haben den direkten Zusammenhang zwischen Riboschaltern und Ribozymen erstmals experimentell belegt. In der Fachzeitschrift Nature Communications demonstrieren sie die Methyltransferase-Aktivität einer bakteriellen RNA.

Methylierung ist eine post-transkriptionelle Modifikation, die bei kodierender und nicht-kodierender RNA beobachtet wird. Für die RNA-Methylierung verwenden moderne Zellen Methyltransferasen und kleine organische Substanzen als Methylgruppenspender, wie beispielsweise S-Adenosylmethionin (SAM). SAM und andere von Nukleotiden abgeleitete Cofaktoren werden als evolutionäre Überbleibsel einer RNA-Welt angesehen, in der Riboschalter reguliert und Ribozyme essentielle Stoffwechselreaktionen katalysiert haben.

RNA-Welt ohne Proteine

Laurin Flemmich und Sarah Heel aus den Forschungsgruppen um Ronald Micura und Kathrin Breuker offenbaren den bisher unerkannten, direkten Zusammenhang zwischen einem Riboschalter und seiner inhärenten Reaktivität für die ortsspezifische Methylierung. Der Schlüssel ist eine potenziell präbiotische Nukleobase (Methyl-Prequeuosin). Bei ihrer Bindung an den Riboschalter erfolgt die Übertragung der Methylgruppe auf ein Cytidin, wodurch 3-Methylcytidin in der RNA-Tasche entsteht. Der erste Hinweis für diese Reaktivität – die Zunahme des Molekulargewichts der RNA um 14 Masseneinheiten – wurde mittels FT-ICR (Fourier-Transform Ionenzyklotronresonanz) Massenspektrometrie erzielt. 

RNA-Epigenetik und neue RNA-Werkzeuge

Die Ergebnisse der Innsbrucker Forscher*innen legen nahe, dass die durch Nukleinsäure katalysierte Methylierung ein lebensgeschichtlich alter Mechanismus ist, der einen frühen Weg für die RNA-Epigenetik vor der Evolution von Protein-Methyltransferasen eröffnet hat. Darüber hinaus ebnen die aktuellen Erkenntnisse den Weg für die Entwicklung von Riboschalter-abgeleiteten, zellulären Methylierungswerkzeugen basierend auf rationalem Design als leistungsfähige Alternative zu In-vitro-Selektionen.

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