Kleine RNA-Moleküle mit großem Einfluss
Bislang galt, dass der regulatorische Einfluss von Genen auf pflanzliche Zellstruktur und Physiologie die Erzeugung von RNA aus DNA umfasst, aus der wiederum Proteine entstehen. Mit der Entdeckung kleiner RNA-Moleküle wurde dies revidiert. Grundsätzlich regulieren miRNAs die Genexpression herunter, indem sie sich an messenger-RNA (mRNA) binden und damit die Proteintranslation verhindern. Da aber auch dies noch eine starke Vereinfachung der Genregulierung ist, befasste sich das EU-finanzierte Projekt "Argonaute-associated factors required for translational repression in plant RNA silencing" (ASTRIR) nun mit weiteren Regulationsmechanismen der Gentranskription bei Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand). Schwerpunkt war ARGONAUTE 1 (AGO1), einer der RNA-induzierten Silencing-Komplexe (RISC). AGO1 enthält ein Enzym, das mRNA-Ziele schneidet, eine Aktivität, die eingestellt wird, wenn es zum Mismatch kommt. Diese falschen Basen lösen wiederum andere Kontrollmechanismen aus, etwa den mRNA-Abbau. Im Gegensatz zu anderen Forschungsergebnissen stellte ASTRIR fest, dass A. thaliana das Slicing während der Transkriptionshemmung umgeht. Dem liegt möglicherweise die Aktivität anderer Proteine zugrunde, die mit AGO1 assoziiert sind. Beispielsweise kann eIF4a1 die Wirkung von AGO1 verändern und RISC so programmieren, dass es den Slicing-Modus umgeht und stattdessen zur translationalen Repression übergeht. Dabei stellte sich überraschend heraus, dass eine der eIF4a1-Mutanten resistenter gegenüber dem bedeutenden Pflanzenvirus TRV (tobacco rattle virus) ist. In weiteren Studien auf molekularer Ebene wurde die gesamte Translationsmaschinerie isoliert. Vier verschiedene Silencing-Faktoren aus der AGO-Familie wurden identifiziert, die sich mit Gruppen von Ribosomen (Polysomen) assoziieren. Da interessanterweise nur ein Teil der miRNA-Maschinerie isoliert werden konnte, sind offenbar nur bestimmte Elemente an der translationalen Repression beteiligt. Stabile Transkriptionsrepression (Deep Silencing) enthüllte zahlreiche siRNAs (kleine interferierende RNA) an Polysomen, obwohl deren Rolle noch unklar ist. Die Wissenschaftler wollen jedoch weiter an der Funktion dieser Moleküle als Effektoren translationaler Repression forschen. Mit neuartigen Forschungsansätzen enthüllte ASTRIR die Mechanismen der Genregulation bei kleinen RNA in Bakterien bis hin zu höheren Organismen. Insbesondere könnten Erkenntnisse zur Rolle dieser kleinen, aber hoch signifikanten Moleküle bei der antiviralen Abwehr neue Methoden und therapeutische Lösungen eröffnen.
Schlüsselbegriffe
Kleine RNA-Moleküle, antiviral, translationale Repression, RNA-Silencing, Genregulation
