Kontrolle der Genexpression mittels RNA-Transport
Die Gentranskriptionskontrolle sowie Ort, Zeit und Menge der erzeugten Proteine kann durch den Transport von messenger-RNA (mRNA) gesteuert werden. Vor allem können Funktionen wie Positionierung von Neuronen und synaptische Plastizität durch Neurotransmitter reguliert werden, die in veränderlicher Konzentration die Stärke von Synapsen modulieren und die Grundlage des Gedächtnisses bilden. Ein Verlust an Proteinen, die an der Regulierung des RNA-Transports beteiligt sind, wurde zudem mit erblichen geistigen Behinderungen assoziiert. Das EU-finanzierte Projekt "Molecular mechanisms of mRNA transport in neurons" (NEURORNATRANSPORT) untersuchte die differenzielle Lokalisation von mRNA und deren Transportmechanismen. Das Drosophila-Modell eignete sich für diese Studien vor allem deshalb, weil dessen gesamter RNA-Transportmechanismus auch beim Menschen konserviert ist. Als Maß für die posttranskriptionelle Kontrolle untersuchten die Forscher mRNA-Protein-Komplexe (mRNP), die entscheiden, ob RNA translatiert oder abgebaut wird. Hierfür wurde eine sensitive Methode für die Detektion von mRNP im Nervensystem von Drosophila-Larven entwickelt. Ein Screening von mehr als 300 3'-untranslatierten Regionen (3'-UTR) ergab, dass zwar häufig eine geringfügige dendritische Lokalisation stattfindet, die auch effizient ist, die Lokalisation in Dendriten aber relativ selten ist. 3'-UTR beeinflussen Lokalisation, Stabilität, Export und Translationseffizienz einer mRNA und sind daher für die Genexpression von besonderer Bedeutung. Die Projektforscher entdeckten eine einzelne 3'-UTR mit einem starken Lokalisationselement für Dendriten. Die entsprechende Region wurde kartiert und ein Instrumentarium für die Genmanipulation entwickelt, um ihre Funktion zu testen. Die CRISPR/Cas-Toolbox umfasst transgene Cas9-Drosophila-Stämme und eine hocheffiziente Guide-RNA. Cas9 kann die Transkription aktivieren oder unterdrücken. Hier kann mit dem Kit die dendritische mRNA-Lokalisation eines Kandidatengens analysiert werden. Die neue Toolbox ermöglicht Manipulationen am Genom, sodass mit sehr hoher Effizienz gezielt spezifische Modifikationen in das Genom eingeschleust werden können. NEURORNATRANSPORT trägt auf diese Weise neue Erkenntnisse zur Zellbiologie von Neuronen bei und ist von großer Bedeutung für Forschungen zu neuronaler Entwicklung, Plastizität und Krankheitsprozessen.
Schlüsselbegriffe
RNA, Genexpression, molekulare Mechanismen, Nervensystem, Genomtechnik