Transkription im Bild festgehalten |
 | 27.04.2007 17:21 Uhr |
Transkription im Bild festgehalten
Von Brigitte M. Gensthaler
Wie Gene der DNA abgelesen werden, hat ein Münchner Forscher untersucht. Mit einer von ihm entwickelten Methode hält er den Prozess der Transkription Schritt für Schritt im Bild fest.
Die Erbsubstanz im Zellkern ist ein Speicher, in dem die Baupläne für unzählige Proteine abgelegt sind. Doch erst wenn die DNA abgelesen und in Boten-RNA umgeschrieben wird, können neue Proteine gebildet werden. Der Biochemiker Professor Dr. Patrick Cramer, seit 2004 Direktor des Genzentrums der Ludwig-Maximilians-Universität München, hat die Struktur des zuständigen »Leseapparats«, der RNA-Polymerase II, bis in atomare Details hinein entschlüsselt. Dafür erhält er einen der mit 25.000 Euro dotierten Forschungspreise 2007 der Philip-Morris-Stiftung. Mit den von Cramer weiterentwickelten Methoden der Röntgenstrukturanalyse ist es möglich, den Verlauf der Gentranskription Schritt für Schritt zu verfolgen.
Pol II komplett entschlüsselt
Für die DNA-Ablesung im Zellkern ist die RNA-Polymerase II, kurz Pol II, zuständig, erklärte Cramer vor Journalisten in München. Die Strukturaufklärung des Kernbereichs dieses Enzyms, das aus insgesamt zwölf Proteinuntereinheiten aufgebaut ist, hat Cramers früherem Mentor Roger Kornberg von der Universität Stanford im letzten Jahr den Chemie-Nobelpreis eingebracht. Der Münchner Strukturbiologe war an diesen Arbeiten beteiligt. Um den Ablauf der DNA-Transkription verstehen zu können, muss man sowohl den Aufbau der RNA-Polymerase kennen als auch ihr Zusammenspiel mit DNA, RNA und weiteren Molekülen analysieren. Cramer ist beides gelungen. Er kristallisierte die Molekülkomplexe, fixierte sie damit in ihrem aktuellen Zustand und unterwarf sie dann der Röntgenstrukturanalyse. Aus dem Beugungsmuster der Röntgenstrahlen errechnet der Computer ein dreidimensionales Modell des Proteins.
Wurde im Jahr 2000 die Struktur der mit zehn von zwölf Untereinheiten fast vollständigen Polymerase II veröffentlicht, so gelang Cramer und seiner Arbeitsgruppe schon drei Jahre später die komplette Aufklärung. Sie konnten alle Untereinheiten zusammenbringen, kristallisieren und die Struktur des Enzyms aufklären.
Zudem entwickelte der Biochemiker ein Verfahren, mit dem sich die RNA-Polymerase im Komplex mit kurzen DNA-Strängen während verschiedener Phasen des Ablesevorgangs kristallisieren lässt. Wie in Schnappschüssen werden die Stadien der Transkription Schritt für Schritt festgehalten. »Wir können jetzt sichtbar machen, wie ein Gen abgeschrieben wird, wie Fehler in der RNA entstehen und korrigiert werden und wie UV-Schäden in der DNA gefunden werden«, erklärte Cramer die Bedeutung seiner Ergebnisse.
Fehlersuche auf engstem Raum
Mit seiner Methode fand er, dass Pol II beim Ablesen der DNA nicht nur RNA synthetisieren, sondern bei Bedarf auch »in den Rückwärtsgang« schalten und den RNA-Strang wieder spalten kann. So werden Kopierfehler direkt vor Ort korrigiert.
Die Bilder der Röntgenstrukturanalyse zeigten ferner, dass sich das Enzym bei der Transkription regelrecht »verhaken« kann. Dann lagert sich ein anderes Molekül an die Polymerase an und reicht mit einem Fortsatz bis ins aktive Zentrum hinein. Dort bewirkt es, dass das überschüssige Stück RNA entfernt wird. Dann wird die Transkription fortgesetzt, ohne dass der bereits synthetisierte RNA-Strang verloren geht.
Durch Versuche mit UV-geschädigter DNA konnte Cramer aufklären, wie solche Schäden überhaupt entdeckt werden. Immerhin ist der Erbgutstrang in jeder Zelle zwei Meter lang. Findet die Polymerase jedoch beim Abtasten der DNA einen Fehler, stoppt sie den Ablesevorgang und signalisiert der Zelle, an welcher Stelle die Reparaturenzyme eingreifen müssen.
Cramers Grundlagenforschung könnte in ferner Zukunft auch die Medizin bereichern. Möglicherweise könnte man Moleküle synthetisieren, die wie »Sand in Getriebe« die Transkription bestimmter Gene stören, sagte der Forscher. Dies wäre für die Tumortherapie hochinteressant.
Der Forschungspreis der Philip-Morris-Stiftung wird seit 1983 verliehen. Der mit 25.000 Euro dotierte Wissenschaftspreis steht unter dem Leitmotiv »Herausforderung Zukunft«. In diesem Jahr ausgezeichnet wurden weiterhin Professor Dr. Immanuel Bloch, Mainz, Professor Dr. Sebastian Conrad, Berlin, und Professor Dr. Axel Ockenfels, Köln.
