Die Qualitätssicherung in Zellen ist von zentraler Bedeutung für den Organismus, da Proteine die Grundbausteine von Zellen darstellen und lebenswichtige Funktionen übernehmen. Heute, am 28.03.2025, berichten Wissenschaftler von der Universität Heidelberg über ihre aktuellen Forschungsergebnisse zu einem komplexen Prozess, der als RNA-Spleißen bekannt ist. Diese biochemischen Mechanismen sind entscheidend dafür, dass Informationen aus der DNA in funktionelle Proteine umgesetzt werden können.
Anleitungen für die Herstellung von Proteinen sind in der DNA gespeichert und werden über einen Zwischenschritt, die Boten-RNA (mRNA), in die Zelle übertragen. Zunächst wird die prä-mRNA produziert, die sowohl kodierende Segmente, die Exons, als auch nicht-kodierende Segmente, die Introns, enthält. Ein entscheidender Teil des Spleißvorgangs besteht darin, dass Introns aus der prä-mRNA herausgeschnitten werden, während die Exons miteinander verbunden werden. Dieser Vorgang wird durch ein Spleißosom katalysiert, ein Komplex aus Proteinen und RNA, der an den Exon-Intron-Schnittstellen neu aufgebaut wird.
Die Rolle von GPATCH1 und DHX35
Wissenschaftler untersuchten die Spleißosomen des Fadenpilzes C. thermophilum, das optimal bei 50 °C wächst und bis zu 60 °C überstehen kann. Interessanterweise zeigt dieser Pilz eine hohe Homologie zum menschlichen Spleißosom. In ihrer Studie fanden die Forscher heraus, dass zwei Proteine, GPATCH1 und DHX35, entscheidend für die Genauigkeit des Spleißen sind. Während GPATCH1 dafür sorgt, dass fehlerhafte prä-mRNA erkannt und das Spleißosom stoppt, entfernt DHX35 die ungeeignete Vorläufer-mRNA.
Die Forscher, die eng mit Strukturbiologen aus Shanghai und einer Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut in Göttingen kooperierten, stellten fest, dass das Spleißosom die präzise Erkennung der Exon-Intron-Schnittstellen benötigt. Ihre Ergebnisse, die in der Fachzeitschrift „Cell Research“ veröffentlicht wurden, zeigen, dass Fehler im Spleißen mit ernsthaften Erkrankungen wie Krebs und neurodegenerativen Erkrankungen in Verbindung gebracht werden.
Spliceosomen und ihre Funktion
Das Spleißosom ist ein hochkomplexes System und besteht aus fünf kleinen Kern-RNAs (snRNA) und etwa 80 Proteinen. Diese Struktur ist für die Entfernung der Introns und die Vernetzung der Exons essentiell. Einige Studien deuten darauf hin, dass die Zusammensetzung der splicingfaktoren von C. thermophilum den menschlichen homologen Proteinen ähnlicher ist als bei der Backhefe, die deutlich weniger Introns und Spleißfaktoren aufweist. Diese Erkenntnisse wurden durch eine umfassende Analyse der Spleißfaktoren sowie durch durchgehend hochauflösende Cryo-EM-Daten unterstützt.
Die Ergebnisse verdeutlichen auch die Evolution und ermutigen dazu, die etablierten Spleißmechanismen besser zu verstehen. Insbesondere zeigt die Forschung, dass die Identifizierung und das Verständnis der molekularen Mechanismen hinter dem Spleißen möglicherweise neue Ansätze zur Therapie von splicing-bezogenen Erkrankungen ermöglichen könnten.
In Anbetracht der Auswirkungen von fehlerhaften Spleißvorgängen auf die Gesundheit wird die Bedeutung dieser Forschung in einem breiteren medizinischen Kontext klar. RNA-Spleißen hat erheblichen Einfluss auf die Differenzierung von Zellen und spielt eine Schlüsselrolle bei der Produktion und Vielfalt von Proteinen, die für das reibungslose Funktionieren des Organismus notwendig sind. Weitere Informationen zu RNA-Spleißen sind auf Microbenotes verfügbar.
