Gepäck-Kontrolle für die Boten-RNA

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Export von Boten-RNA durch Kernporenkomplexe (violett), gesehen aus dem Inneren des Zellkerns. Die blaue Ebene stellt die Hülle des Zellkerns dar. Die roten Kugeln zeigen einzelne Positionen der Boten-RNA. Quelle: Max Brauner/Uni Bonn

06.06.2012  - 

Boten-RNA passiert den Zellkern mit einer zusätzlichen Proteinhülle und wird vorher einer Qualitätskontrolle unterzogen. Das konnten Forscher der Universität Bonn beobachten. Wie sie im Fachjournal PNAS (2012, Online-Vorabveröffentlichung) beschreiben, ist es ihnen erstmals gelungen, den Transport eines Informationsträgers in biologischen Zellen kaum modifiziert und in Echtzeit zu filmen. Die Aufnahmen zeigen, wie die Boten-RNA die Hülle des Zellkerns überwindet und ins Zytoplasma gelangt.

Die Frage, wie die Boten-RNA aus dem Zellkern in die Zelle gelangt, beschäftigt Biologen schon lange. Im vergangenen Jahr gab es bereits zwei Publikationen aus den USA und Israel zu dem Thema. Boten-RNA ist sozusagen die Abschrift der DNA, durch sie kann die Erbinformation abgelesen und im Bau von Enzymen, Hormonen und anderen Proteinen des Körpers umgesetzt werden.

Forscher nutzen künstliche RNA vor allem, um die Expression von Proteinen zu steuern. Auf dieser so genannten RNA-Interferenz basieren zahlreiche Therapien. So haben Forscher am Deutschen Krebsforschungszentrum Heidelberg (DKFZ) auf der Basis von microRNA-Molekülen einen möglichen neuen Therapieansatz gegen Brustkrebs entdeckt (mehr...).Ein anderes Forscherteam am DKFZ hat ein RNA-Molekül entdeckt, das in Zellen gleich zwei wichtige Signalwege der Krebsentstehung blockiert (mehr...). Außerdem gilt die RNA als wichtiges Frühwarnsystem: Als Biomarker gibt sie Auskunft über laufende Zellprozesse. Forscher des Biotechnologieunternehmens Qiagen und des Max-Planck-Instituts für Infektionsbiologie arbeiten an einem RNA-basierten Test auf Tuberkulose (mehr...).

Qualitätscheck an der Kernhülle

Die Bonner Arbeitsgruppe von Ulrich Kubitschek hatte bereits aufgeklärt, was mit dem RNA-Molekül auf dem Weg von den Ribosomen zu den Poren in der Membran des Zellkerns passiert. Für diese Experimente wurde die Boten-RNA so verändert, dass sie bei Bestrahlung mit Laserlicht farbig aufleuchtete. Jetzt hat dieselbe Arbeitsgruppe den Weg der Boten-RNA durch die Zellkernmembran unter die Lupe genommen. Anders als bei der US-amerikanischen und israelischen Arbeitsgruppe, welche die RNA so verändert hatten, dass sie fast das doppelte Volumen einnahm, haben die Bonner Forscher die Moleküle nur auf eine vernachlässigbare Weise modifiziert.

Anschließend wurde ihr Weg mit Hilfe eines Lichtmikroskops und einer Hochgeschwindigkeitskamera mit 500 Bildern pro Minute aufgezeichnet. Dabei konnten die Forscher beobachten, dass die Boten-RNA vor dem endgültigen Transport kurz an den Poren der Kernhülle verweilt. Wie Kubitscheks Arbeitsgruppe vermutet, durchlaufen die Moleküle hier eine letzte „Qualitätskontrolle“ und müssen sich passend zu den Poren ausrichten. Der gesamte Transport dauert nur einige Sekunden, meist sogar noch weniger.

Koffer aus Proteinen

Interessanterweise führt nur jede vierte Kollision der frisch kopierten Boten-RNA mit der Kernhülle zu einem tatsächlichen Transport. Die Arbeitsgruppe unterschied dabei zwei Arten von Transportabbrüchen: Einerseits eine kurze Kollision mit der Kernhülle, bei denen vermutlich gar keine Pore getroffen wurde, zum anderen aber auch langsam ablaufende Transportabbrüche. Hier wird vermutet, dass das Molekül bei der Qualitätskontrolle an der Membran durchgefallen war.

„Vermutlich braucht der Transport für große, voluminöse Boten-RNA-Moleküle deutlich länger als für kleinere“, sagt Kubitschek. „Für den Transport wird die RNA gewissermaßen in einen Reisekoffer aus Proteinen verpackt, und der ist ein ziemlicher Brocken.“ Manche seiner Kollegen vermuten daher, dass es außerhalb des Zellkerns Helfer gibt, die das Molekül durch die Poren zerren. Diese These wollen die Wissenschaftler jetzt überprüfen.

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