Forschende um Chemikerin Claudia Höbartner von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg haben die 3D-Struktur des RNA-Enzyms SAMURI entschlüsselt. Diese wegweisende Studie, die am 8. Januar 2025 veröffentlicht wurde, liefert wichtige Erkenntnisse zur Entwicklung von Ribozymen sowie zur Evolution katalytisch aktiver RNAs. Ribozym, ein Enzym, das aus RNA besteht, spielt eine wesentliche Rolle bei der Katalyse chemischer Reaktionen. Die Ergebnisse sind nicht nur entscheidend für das Verständnis der RNA-Funktion, sondern auch für die Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze.

RNA-Moleküle sind essentiell für die Weitergabe von Erbinformation sowie die Regulierung der Genaktivität und wirken dabei in verschiedenen biologischen Prozessen. SAMURI, ein im Labor hergestelltes RNA-Molekül, kann andere RNA-Moleküle gezielt an bestimmten Stellen chemisch verändern, was deren funktionale Eigenschaften beeinflusst. Fehler in dieser Regulation können zu Störungen in spezifischen Stoffwechselprozessen führen. Höbartner vergleicht RNA-Moleküle mit Sätzen, bei denen bereits kleine Veränderungen erhebliche Auswirkungen haben können.

Entwicklung des synthetischen Cofaktors

Ein besonders interessanter Aspekt von SAMURI ist die Verwendung des Hilfsmoleküls S-Adenosylmethionin (SAM), das für RNA-Modifikationen notwendig ist. Natürlich vorkommende RNA-Moleküle in Bakterien können zwar mit SAM wechselwirken, katalysieren jedoch keine chemischen Reaktionen. Die Entwicklung eines synthetischen Cofaktors, namentlich ProSeDMA, ist ein entscheidender Fortschritt in dieser Forschung. ProSeDMA zeichnet sich durch eine höhere chemische Stabilität im Vergleich zu seinem Vorgänger ProSeAM aus, der in wässrigen Umgebungen schnell zerfällt. Diese Stabilität eröffnet neue Möglichkeiten für die Verwendung von SAMURI in lebenden Zellen.

Die von den Forschenden genutzte Röntgenkristallstrukturanalyse, in Zusammenarbeit mit Professor Hermann Schindelin, hat nicht nur die Struktur von SAMURI entschlüsselt, sondern auch das Verständnis um die Unterschiede zwischen künstlicher und natürlicher RNA geschärft. Es wird vermutet, dass natürliche SAM-bindende RNA eine Abstammung von früheren Ribozyme hat, die ihre katalytischen Funktionen eingebüßt haben.

Praktische Anwendungen und gesellschaftlicher Kontext

Die praktischen Anwendungen von SAMURI sind breit gefächert. Insbesondere die Möglichkeit, RNA mit Farbstoffen zu markieren, könnte die Analyse ihrer Wege und Wechselwirkungen innerhalb der Zelle erheblich verbessern. Zukünftige Forschungsprojekte zielen auf die Aufklärung der Struktur und des Wirkmechanismus von SAMURI ab, um weitere Ribozyme zur Modifikation anderer RNA-Bausteine zu entwickeln. Diese Fortschritte könnten maßgeblich zur Erforschung von RNA-basierten Therapeutika beitragen, insbesondere in Fällen, wo Enzyme fehlen oder mutiert sind.

Die Studie, die in der renommierten Fachzeitschrift Nature Chemistry veröffentlicht wurde, wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziell unterstützt und zeigt das Potenzial interdisziplinärer Forschungskooperationen, wie zwischen Höbartner, dem Helmholtz-Institut für RNA-basierte Infektionsforschung und anderen Wissenschaftlern. Die Forscher erwarten, dass SAMURI nicht nur als selbstmarkierendes Tag für RNA entwickelt werden kann, sondern auch für die gezielte Engineering-Varianten, die spezifische endogene RNAs anvisieren.

Insgesamt bietet die Entschlüsselung der Struktur von SAMURI nicht nur einen bedeutenden Fortschritt für die RNA-Forschung, sondern öffnet auch neue Türen für innovative therapeutische Ansätze. Diese Forschung könnte entscheidend dazu beitragen, das Verständnis über die Funktion und das Verhalten von RNA-Molekülen in biologischen Systemen zu vertiefen.

Für weitere Informationen über die Studie und ihre Ergebnisse besuchen Sie die Artikel von Uni Würzburg, Nature und Helmholtz HIRI.