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Alternatives Spleißen Entscheidung über Leben und Tod

Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Das Protein Fas kann den kontrollierten Tod von Zellen (Apoptose) entweder verhindern oder begünstigen – je nachdem, in welcher Form es vorkommt. Forscher vom Helmholtz Zentrum München und der TU München konnten gemeinsam mit internationalen Kollegen klären, wie diese Entscheidung zustande kommt. Die Ergebnisse liefern neue Erkenntnisse zu molekularen Mechanismen von Tumorerkrankungen.

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Das Protein RBM5 hilft, den Spleiß-Apparat zur Boten-RNA zu bringen, indem es an eines dieser Proteine bindet. Dadurch entscheidet RBM5, welche Isoform von Fas hergestellt wird. (Ausschnitt)
Das Protein RBM5 hilft, den Spleiß-Apparat zur Boten-RNA zu bringen, indem es an eines dieser Proteine bindet. Dadurch entscheidet RBM5, welche Isoform von Fas hergestellt wird. (Ausschnitt)
(Bild: Helmholtz Zentrum München)

Neuherberg – Wir kennen das Problem: Beim Aufbauen der Einkäufe aus dem Möbelhaus verwenden alle denselben Bauplan. Dennoch kann sich im Laufe mehrerer Zwischenschritte das Endprodukt stark unterscheiden. Etwas ganz ähnliches kann passieren, wenn aus Genen Proteine werden. Denn das Erbgut (der Bauplan) wird zunächst in ein Botenmolekül, die mRNA, umgeschrieben, um diese dann in Proteine (Möbel) zu übersetzen. Doch die mRNA kann durch Zwischenschritte, die der Fachmann alternatives Spleißen nennt, verändert und zurechtgeschnitten werden, so dass letztlich aus demselben Bauplan unterschiedliche Proteine hergestellt werden.

Ein interessantes Beispiel für alternatives Spleißen ist die mRNA des Fas-Gens. Fas ist auch bekannt als CD95 oder APO-1. Je nachdem, ob ein bestimmter Bereich (Exon 6) in der mRNA enthalten ist oder nicht, entsteht ein membranständiges pro-apoptotisches Protein oder eine lösliche Form im Zellinneren, die der Apoptose entgegen wirkt. Als pro-apoptotisches Protein verhindert Fas, dass sich irrläufige Zellen unkontrolliert vermehren, während die anti-apoptotische Form dazu führt, dass sich solche Zellen ausbreiten können. Je nachdem, welche Zwischenschritte stattfinden, kann das fertige Protein den kontrollierten Zelltod (die Apoptose) also entweder verhindern oder begünstigen.

Fehlregulation kann zu unkontrolliertem Zellwachstum und Krebserkrankungen führen

„Die richtige Balance dieser gegensätzlichen Prozesse ist abhängig vom Zelltyp und kann bei Fehlregulation zu unkontrolliertem Zellwachstum und Krebserkrankungen führen“, erklärt Prof. Dr. Michael Sattler, Direktor des Instituts für Strukturbiologie (STB) am Helmholtz Zentrum München. Gemeinsam mit seinem Kollegen Prof. Dr. Juan Valcárcel Juárez vom Centre de Regulació Genòmica (CRG) in Barcelona haben er und sein Team nun detaillierte Erkenntnisse gewonnen, welche Zwischenschritte ablaufen und wie diese zu den verschiedenen Formen des Fas-Proteins führen.

„Im Mittelpunkt unseres Interesses stand das Protein RBM5, das bei Lungentumoren oft Mutationen aufweist“, so Dr. André Mourão vom STB. „RBM5 dient als Verbindungsstück zwischen der mRNA und den Proteinen des Spleiß-Apparates“, erläutert die Koautorin Dr. Sophie Bonnal vom CRG Barcelona weiter. In dieser zentralen Position entscheide RBM5 darüber, welche Form von Fas exprimiert werde und steuere so die Balance zwischen den beiden Formen. Der Name RBM5 ist ein Akronym für (engl.) RNA Binding Motif 5. Bei RBM5 handelt es sich um ein Protein, was in verschiedenen Krebsarten (speziell in der Lunge) nachweislich falsch reguliert wird.

Fundamentale Erkenntnisse zum Prozess des alternativen Spleißens

„Durch unsere Untersuchungen mittels Kernspinresonanz (engl.: nuclear magnetic resonance, NMR)-Spektroskopie am Bayerischen NMR-Zentrum in Garching konnten wir die Raumstruktur aufklären, und verstehen wie diese Wechselwirkungen exakt stattfinden“, erläutert Studienleiter Sattler. Die Forscher fanden dabei heraus, dass eine sogenannte OCRE (octamer repeat of aromatic residues) Domäne des Proteins RBM5 an den C-terminus des spleißosomalen Proteins SmN bindet und so für die Regulation des alternativen Spleißens wichtig ist. Um ihre Ergebnisse zu bestätigen, mutierten die Wissenschaftler die entsprechenden Interaktionsstellen der Proteine im Reagenzglas und konnten feststellen, dass die gefundenen Wechselwirkungen in der Zellkultur daraufhin nicht mehr stattfanden.

„Der Prozess des alternativen Spleißens betrifft zahlreiche Funktionen und Prozesse und eine Fehlregulation kann Krebserkrankungen auslösen. Daher ist das Verständnis für die genauen Vorgänge von großer Wichtigkeit“, ordnet Sattler die Ergebnisse ein. Den Autoren zufolge wurden in derartiger Strukturtiefe bisher nur wenige Proteininteraktionen analysiert, die das alternative Spleißen beeinflussen. Künftig wollen die Forscher exakt bestimmen, wie RBM5 an die mRNA bindet und ob es zusätzliche Interaktionen mit dem Spleißapparat gibt, der aus zahlreichen weiteren Komponenten besteht.

Hier geht es zum Erklärvideo mit dem Studienleiter.

Originalpublikation: Mourão, A. & Bonnal, S. & Soni, K. & Warner, L. et al. (2016): Structural basis for the recognition of spliceosomal SmN/B/B’ proteins by the RBM5 OCRE domain in splicing regulation. eLife, doi: 10.7554/eLife.14707

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