Wissenschaftler entschlüsseln effizienten mRNA-Abbauprozess
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Würzburg haben einen Mechanismus entdeckt, der mRNA-Moleküle im menschlichen Körper besonders effektiv abbaut. Diese Entdeckung könnte hilfreich für die Krebsbehandlung sein.
Zielgerichteter mRNA-Abbau: Neue Chancen für die Medikamentenentwicklung. (Symbolbild)
Foto: PantherMedia / ktsdesign
mRNA, also Messenger-Ribonukleinsäuren, sind die Baumeister unseres Körpers. Sie tragen Baupläne für Proteine, die von Ribosomen gelesen und umgesetzt werden. Ohne Proteine könnten wir nicht überleben – sie steuern die Zellteilung, stärken unser Immunsystem und schützen unsere Zellen vor äußeren Angriffen.
Wie in der Bauindustrie sind auch in unseren Zellen manchmal zusätzliche Anweisungen nötig, etwa wenn ein Protein schnell hergestellt werden soll oder der Bauplan fehlerhaft ist. Diese Aufgabe übernehmen RNA-Modifikationen: kleine chemische Veränderungen, die wie Notizen an den mRNA-Bausteinen haften.
mRNA-Abbauprozess mit m6A-Modifikation
Forschende der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) haben sich mit einer speziellen Modifikation namens N6-Methyladenosin (m6A) beschäftigt. „Interessant für die Wissenschaft ist m6A deshalb, weil diese Modifikation häufig bei Menschen verändert ist, die unter Stoffwechselstörungen, Krebs oder Herzerkrankungen leiden“, wird Bioinformatikerin Kathi Zarnack in einer Pressemitteilung zitiert. „Seine Funktion: Wenn m6A an eine mRNA geheftet ist, löst dies den Abbau der mRNA aus, sobald die ersten Proteine nach dem enthaltenen Bauplan hergestellt wurden. Das ist besonders wichtig für Proteine, von denen keinesfalls zu viele hergestellt werden dürfen, weil dies schädlich für die Zelle wäre.“
Die Würzburger Forschenden haben als Erste weltweit einen neuen Abbauprozess entdeckt: Dieser verbindet den Abbau von mRNA direkt mit den produzierten Proteinen und ist schneller und effizienter als bisher bekannte Mechanismen.
Wichtig ist, dass dieser spezielle Abbauprozess nur funktioniert, wenn m6A in bestimmten Bereichen der mRNA vorhanden ist. m6A „markiert“ vor allem Baupläne für Proteine, die bestimmen, ob eine Zelle zur Nervenzelle, Muskelzelle, Hautzelle oder einer anderen Zellart wird.
Gewünschte Proteine vermehrt herstellen oder die Produktion unerwünschter Proteine stoppen
Medikamente, die die Anheftung von m6A an mRNA steuern, könnten diesen Prozess nutzen. Sie könnten gezielt m6A blockieren, um gewünschte Proteine vermehrt herzustellen oder die Produktion unerwünschter Proteine zu stoppen. Das Problem war bisher, dass die genauen Stellen der m6A-Modifikation auf der mRNA, die den Abbau auslösen, unbekannt waren. Dadurch ließen sich die Effekte solcher Medikamente nur schwer vorhersagen.
„Mit unserer Studie tragen wir nun zu einem besseren Verständnis und einer genaueren Vorhersage bei, welche mRNA besonders auf diese Wirkstoffe reagieren“, erklärt Biochemiker und RNA-Biologe Julian König.
Die Forschenden möchten künftig genauer untersuchen, wie der Abbau von m6A-markierter mRNA abläuft, etwa wie Ribosomen die Modifikation erkennen. Außerdem wollen sie erforschen, wie sich dieser gezielte mRNA-Abbau für medizinische Anwendungen nutzen lässt.
An der Studie waren neben den Würzburger Forschenden auch das Institut für Molekulare Biologie (IMB) in Mainz und die Goethe-Universität Frankfurt beteiligt. Gefördert wird das Projekt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Sonderforschungsbereichs TRR 319 „RMaP: RNA Modifikation und Prozessierung“.
Die mRNA wird schon seit vielen Jahrzehnten wissenschaftlich untersucht. Eine mRNA, also der Bauplan für jedes gewünschte Protein, kann auch im Labor künstlich erzeugt werden. Dieses Verfahren wird von Impfstoffherstellern bei der Entwicklung von mRNA-Impfstoffen eingesetzt. In diesem Zusammenhang stellen mRNA-Impfstoffe nur den Anfang dar.
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