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Konservierte Regulierung der RNA Polymerase I

Erste vergleichende Struktur-Funktions-Analyse dieser molekularen Maschine veröffentlicht


3. Februar 2021 | Foto: Markus Deli

Seit den Zulassungen neuer Corona-Impfstoffe ist messenger-RNA, kurz: mRNA, in aller Munde. Ebenso wichtig ist allerdings die ribosomale RNA, aus welcher die Proteinfabriken der Zellen (Ribosomen) aufgebaut werden. Diese rRNA wird von der sogenannten RNA Polymerase (Pol) I hergestellt. Pol I ist in allen höheren Zellen vorhanden und essenziell für deren Überleben. Überaktivität und Missregulation von Pol I stehen im Zusammenhang mit verschiedenen Krebsarten, was das Enzym auch aus medizinischer Sicht interessant macht. Bisherige Struktur-Funktions-Analysen zeigten, dass Pol I durch „Strukturelle Kontraktion“ aktiviert und durch Dimerisierung, d.h. durch eine Zusammenlagerung, deaktiviert werden kann. Solche Analysen waren allerdings bisher auf einen einzigen Modellorganismus beschränkt.


Um die Funktion und Regulation der RNA Polymerase I besser zu verstehen, untersuchte die Arbeitsgruppe für Strukturelle Biochemie um Prof. Dr. Christoph Engel die Pol I nun im evolutionären Kontext. Dabei gelang es dem Team, drei hochaufgelöste 3D-Strukturen der Pol I aus dem Organismus Schizosaccharomyces pombe – auch bekannt als Spalthefe – mittels Einzelpartikel-Kryo-Elektronenmikroskopie zu bestimmen und auf molekularer Ebene zu charakterisieren. Die Ergebnisse wurden nun in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.




Die vergleichende Analyse der Strukturmodelle zeigt, dass die Aktivierung von Pol I durch eine konservierte Kontraktion des aktiven Zentrums erfolgt. Im Gegensatz zu gängigen Annahmen fanden die Wissenschaftler:innen heraus, dass auch eine deaktivierende Dimerisierung der Schizosaccharomyces pombe Pol I stattfinden kann. Das ist höchst unerwartet, da wichtige strukturelle Elemente in diesem Organismus fehlen. Es zeigt sich also, dass eine Dimerisierung auch durch andere, nicht vorhergesagte Elemente vermittelt werden kann. Damit belegen die nun veröffentlichen Analysen erneut, wie sehr sich Pol I von anderen Transkriptionssystemen unterscheidet, legen aber erstmals eine evolutionäre Konservierung ihrer hochspezialisierten Regulationsmechanismen nahe.

Originalpublikation

F. Heiss, J. Daiß, P. Becker, C. Engel, „Conserved strategies of RNA polymerase I hibernation and activation”, Nature Communications (2021)
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-021-21031-8


ANSPRECHPARTNER FÜR MEDIEN
Prof. Dr. Christoph Engel
Regensburg Center for Biochemistry
Telefon 0941 943-2718 / -2809
E-Mail: christoph.engel@ur.de
www.uni-regensburg.de/biologie-vorklinische-medizin/strukturelle-biochemie/

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