Aktuelles: 3D-Struktur von RNA Polymerase III entschlüsselt

Das Enzym RNA Polymerase III (Pol III) tritt in allen h?heren Organismen (Eukaryoten) auf und erm?glicht das ?bersetzen bestimmter Sequenzen des genetischen Bauplans einer Zelle in sogenannte RNA. In der Zelle ist Pol III aufgrund dieser wichtigen Aufgabe ein bestimmender Faktor für Wachstum und ?berleben. Fehlfunktionen von Pol III stehen im Zusammenhang mit verschiedenen Tumor- oder Erbkrankheiten. Mit dem Ziel, das humane Enzym Pol III funktionell besser zu verstehen und seine Struktur auf molekularer Ebene zu bestimmen, haben sich die Arbeitsgruppen um Prof. Dr. Alessandro Vannini am Institute of Cancer Research in London und Prof. Dr. Christoph Engel an der Universit?t Regensburg zusammengeschlossen. Die Ergebnisse der internationalen Kooperation wurden nun in der Fachzeitschrift Nature Communications ver?ffentlicht.

Die erste von den beteiligten Wissenschaftlern zu überwindende Hürde war, eine ausreichende Menge intaktes Protein des humanen Pol III-Komplexes bestehend aus 17 Untereinheiten zu isolieren. Hierfür wurden Zelllinien in Laborkultur mit der Methode CRISPR/Cas9 modifiziert und in gro?en Mengen herangezogen. Die funktionelle biochemische Untersuchung der gereinigten Polymerase zeigte, dass das isolierte Enzym nach wie vor in der Lage ist, seine wichtigen zellul?ren Funktionen auszuführen, also DNA in RNA umzuschreiben. Au?erdem verwendeten die Autoren einen integrativen Strukturbiologie-Ansatz und kombinierten die Methoden der Einzelpartikel-Kryo-Elektronenmikroskopie, mit R?ntgenkristallographie und anderen Techniken, um die Struktur der humanen Pol III zu entschlüsseln.

Die erzielten Ergebnisse best?tigten eine Vermutung, dass viele Merkmale von Pol III in allen h?heren Organismen ?hnlich sind. Das Enzym des Menschen besitzt allerdings Besonderheiten, deren Funktion nun neben der strukturellen Untersuchung auch über zellbiologische Versuche analysiert werden konnte. Es zeigte sich, dass diese Besonderheiten eine entscheidende Rolle im Aufbau und für die Stabilit?t des Enzyms spielen. Aufgrund dieser und weiterer Erkenntnisse wird angenommen, dass dieser Proteinteil eine wichtige Rolle in der Regulation des gesamten Enzyms durch verschiedene Umwelteinflüsse spielen k?nnte, mit denen menschliche Zellen konfrontiert werden k?nnen.

Unter Zuhilfenahme der strukturellen Information über dieses Enzym konnten au?erdem bereits bekannte Mutationen, die in unterschiedlichen Krankheiten vorkommen, genau in der 3D-Struktur lokalisiert werden. So sind neurodegenerative Krankheiten, wie beispielsweise das Treacher-Collins Syndrom, Mutationen des Pol III-Komplexes zuzuschreiben. Die Untersuchungen zeigten, dass diese Ver?nderungen zu einer verringerten Enzymstabilit?t führen, was schwerwiegende Folgen für die Zellen und den gesamten Organismus erkl?rt. Andere Pol III-Mutationen, welche eine Hypersensitivit?t gegenüber Virusinfektionen ausl?sen, wurden dagegen an verschiedenen Stellen auf der Oberfl?che des Enzyms gefunden. Hierbei wird vermutet, dass diese peripheren Mutationen haupts?chlich die Identifikation viraler DNA im Zellplasma negativ beeinflussen.

Die Ergebnisse des Forschungsteams um Professor Engel und Professor Vannini zeigen, an welcher Stelle in der 3D-Struktur des menschlichen Pol III-Enzyms die für bestimmte Krankheiten verantwortlichen Mutationen auftreten. Den Autoren ist es damit gelungen, eine Art Landkarte zu erstellen, mit deren Hilfe neue Behandlungsm?glichkeiten gegen Tumorerkankungen entwickelt werden k?nnten.

Originalpublikation:
E. Ramsay, G. Abascal-Palacios, J. Dai?, H. King, J. Gouge, M. Pilsl, F. Beuron, E. Morris, P.  Gunkel, C. Engel, A. Vannini, ?Structure of human RNA Polymerase III”, Nature Communications (2020)
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-020-20262-5 (externer Link, ?ffnet neues Fenster)