Es machte "klick"
Es sind ausgefeilte Techniken, die Forschern helfen, biologische Vorgänge im Körper sichtbar zu machen und zu verstehen. Am Exzellenzcluster "Cells in Motion" (CiM) der Universität Münster entwickeln Wissenschaftler neue Wege, einzelne Zellen und ihre Bausteine zu markieren, sodass sie zum Beispiel fluoreszieren und sich mit bildgebenden Verfahren sichtbar machen lassen. CiM-Professorin Dr. Andrea Rentmeister und ihrem Team ist es nun gelungen, Boten-RNA in lebenden Zellen erstmals mit Klick-Chemie zu markieren. Dieses Biomolekül ist entscheidend für alle Funktionen der Zelle. Das langfristige Ziel der Forscher: Das dynamische Verhalten der Boten-RNA beobachten und zielgerichtet beeinflussen zu können. Die Studie ist aktuell in der Fachzeitschrift "Angewandte Chemie" erschienen.
Boten-Ribonukleinsäure (kurz Boten-RNA, aus dem Englischen "messenger RNA") überbringt innerhalb der Zelle genetische Informationen für die Herstellung von Proteinen. Proteine wiederum sind die Arbeiter der Zelle und ermöglichen alle zellulären Vorgänge. Die Boten-RNA transportiert die benötigten genetischen Informationen aus dem Zellkern ins Zellplasma zu den Ribosomen. Das sind kleine Bestandteile der Zelle, die mit der Boten-RNA in Kontakt treten, die genetischen Informationen übersetzen und so Proteine herstellen.
Die münsterschen Forscher entwickelten einen besonders schnellen und zuverlässigen Weg, Boten-RNA durch den Einsatz von Enzymen zu verändern und mit einem fluoreszierenden Farbstoff zu markieren. Ihr Verfahren basiert auf dem Konzept der zunehmend eingesetzten Klick-Chemie: Damit lassen sich auf Grundlage weniger chemischer Reaktionen molekulare Bausteine miteinander verbinden, ohne dass unerwünschte oder giftige Nebenprodukte entstehen. Die Kopplung der Bausteine läuft letztlich so einfach wie bei einem Druckknopf ab – es macht im übertragenen Sinn "klick". Die große Herausforderung bei der Entwicklung: "Lebende Zellen reagieren sehr empfindlich auf ihre Umgebung. Um sie zu markieren, muss die chemische Reaktion besonders schonend ablaufen", sagt Biochemikerin Andrea Rentmeister.
Durch die Markierung konnten die Forscher die Boten-RNA nicht nur sichtbar machen, sondern auch ihre Funktion beeinflussen. Denn gleichzeitig veränderten sie die sogenannte Kappe der Boten-RNA. Diese Kappe spielt eine wichtige Rolle für die Funktion und Stabilität der Boten-RNA. Durch die chemische Veränderung verringerte sich die Herstellung von Proteinen.
Mit der Möglichkeit, die Kappe mit Klick-Chemie zu verändern, haben die Forscher die methodische Grundlage dafür geschaffen, Wege der Boten-RNA in lebenden Zellen verfolgen und beeinflussen zu können. "Jetzt haben wir den Fuß in der Tür", sagt Andrea Rentmeister. Zukünftig wollen die Forscher das Markierungsverfahren weiter ausfeilen und prüfen, wie sie damit die Funktion der Boten-RNA in unterschiedlichen Zellarten zielgerichteter steuern können.
Originalpublikation:
Holstein JM, Anhäuser L, Rentmeister A. Modifying the 5’-cap to click eukaryotic mRNA and tune translation efficiency in living cells. Angew. Chem. Int. Ed., doi: 10.1002/ange.201604107