Aktion ohne Vorbereitung

News: Aktion ohne Vorbereitung

Mit Hilfe der Röntgenstrukturanalyse konnte die Forschung an katalytischer RNA (Ribozymen) vorangetrieben werden. Zwei unabhängig arbeitende wissenschaftliche Gruppen einer amerikanischen Forschungsinstitution haben an unterschiedlichen Versuchsobjekten herausgefunden, daß manche Ribozyme - ebenso wie Enzyme - ohne spezielle Umformungen ihres Moleküls sofort katalytisch wirken können. Damit ergibt sich eine weitere Ähnlichkeit zwischen diesen beiden Molekülgruppen.

Im Jahr 1982 zeigte Thomas Cech von der University of Colorado in Boulder die katalytischen Fähigkeiten von RNA. Für die Entdeckung der Ribozyme wurde er 1989 mit dem Nobelpreis für Chemie geehrt. Seitdem forschten die Wissenschaftler kontinuierlich weiter auf diesem Gebiet. Sie fanden bisher mehr als 500 Ribozyme in den verschiedensten Organismen und entdeckten, daß katalytische RNA und ihre stärker verbreiteten "Verwandten", die Enzyme, sich in vielen Eigenschaften ähneln.

Die Forschungsgruppe von Cech, geleitet von Barbara Golden vom Howard Hughes Medical Institute, beschreibt in Science (Ausgabe vom 9. Oktober 1998) die dreidimensionale Struktur des größten Ribozyms, welches jemals kristallisiert wurde. Es entstammt dem Organismus Tetrahymena thermophila, einem Ciliaten. In Nature vom 8. Oktober 1998 stellen Jennifer Doudna vom Howard Hughes Medical Institute und ihre Kollegen von der Yale University die Struktur eines kleineren Ribozyms vor, des Hepatitis Delta Virus (HDV).

Die Kristallisation von RNA ist äußerst schwierig. Kristalle beinhalten Milliarden von Molekülen, die präzise ausgerichtet sein müssen, damit sie ein scharfes Bild der dreidimensionalen Struktur bieten können. Eine solche Ausrichtung ist bei RNA-Molekülen aber sehr schwierig. Diese Teilchen besitzen keine unregelmäßige Oberfläche, die einen festen Zusammenhalt innerhalb des Kristalls gewährleisten würden. Dem Team von Doudna gelang es ohne Probleme, das virale Ribozym zu kristallisieren. Doch die meisten der so hergestellten Kristalle wechselwirkten nicht mit Röntgenstrahlen – weswegen die Röntgenkristallstrukturanalyse keine befriedigenden Ergebnisse erbrachte.

Die Wissenschaftler bauten ein RNA-bindendes Protein an eine Region des viralen Ribozyms an, in der es die Aktivität der katalytischen RNA nicht beeinflussen würde. Durch die veränderte Oberfläche konnte der Ribozym-Protein-Komplex zu einem gut zusammenpassenden Kristall gefügt werden. Die nun ermöglichten Aufnahmen zeigten eine bedeutend verbesserte Qualität: Bei einer erlangten Auflösung von 2,3 Angstrom konnte die exakte Position jedes Nukleotids im Ribozym ermittelt werden.

Die Gruppe von Cech griff bei der Kristallisation des Tetrahymena-Ribozyms nicht auf die Hilfe von Proteinen zurück. Da es so nur zu einer lockereren Packung kam, betrug die Auflösung nur fünf Angstrom. Dies genügte aber nach Aussage der Wissenschaftler, um die generelle Struktur des Moleküls zu erkennen.

Unabhängig von diesen Unterschieden in der Auflösung konnten auf den Bildern beider Gruppen aktive Zentren erkannt werden – anscheinend bereits aktionsfähig. Es waren keine Formänderungen notwendig, damit sie katalysierend wirken konnten. Das einzige schon früher kristallisierte Rybozym, das hammerhead-Ribozym, konnte dagegen nur dann eine katalytische Funktion erfüllen, wenn eine entsprechende Umgestaltung seines aktiven Zentrums stattfand. Wenn verschiedene Arten von Ribozymen existieren, so ist es nach Doudna sicher, daß es unterschiedliche katalytische Mechanismen gibt. Sie hofft, diese können in der Zukunft mit den verbesserten Methoden aufgeklärt werden.

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