Molekulare Identitätskrise - ein Ribozym ohne RNA

Nicht alle Enzyme, für deren Funktionalität ein RNA-Bestandteil vorausgesetzt wurde, enthalten tatsächlich RNA. Diese überraschende Erkenntnis ist das Ergebnis eines Projektes des Wissenschaftsfonds FWF, das sich mit dem Enzym RNase P befasst. Entgegen der gängigen Lehrmeinung vermutete das Projekt-Team aus Wien schon seit Längerem, dass bestimmte Formen von RNase P keine RNA enthalten. Jetzt belegen sie mit einer Reihe eleganter Experimente, die heute im Fachjournal CELL veröffentlicht werden, die Richtigkeit ihrer Annahme.

Lebende Fossilien sind Ribozyme nicht wirklich - trotzdem zeugen diese Enzyme, deren Funktionalität RNA als Bestandteil erforderlich macht, von einer lang vergangenen Zeit. Einer Zeit, als biochemische Vorgänge noch durch RNA-Moleküle gesteuert wurden. Später erst setzten sich die Proteine molekular in Szene. RNase P, ein Enzym, das Transfer-RNAs modifiziert, gilt als ein solches RNA-Enzym (Ribozym). Alle bisher charakterisierten Formen dieses Enzyms bestätigten die Vermutung über deren RNA-Anteil. Seit 20 Jahren gab es jedoch auch Indizien, die Zweifel an der Allgemeingültigkeit dieser Entdeckung nährten und andeuteten, dass dieses Enzym nur aus Proteinen bestehen würde. Für Diskussion unter den Expert war gesorgt.

Ohne RNA geht's auch

Jetzt scheint diese Diskussion beendet. Die Arbeitsgruppe von Prof. Walter Rossmanith an der Medizinischen Universität Wien zog diesen Schlussstrich mit der gelungenen Identifikation der Bestandteile von RNase P aus menschlichen Mitochondrien. Dazu Prof. Rossmanith: "RNase P besteht aus drei Proteinen, die gänzlich ohne RNA für die katalytische Aktivität des Enzyms sorgen. Das herauszufinden war bisher nicht gelungen, da das Enzym aufgrund des losen Zusammenhalts seiner Bestandteile bei der Isolierung leicht zerfällt. Durch ein von uns entwickeltes Protokoll konnten wir nun dieses Problem umgehen. Das war der Durchbruch für die Identifizierung der Proteine." Johann Holzmann, Doktorand im Team von Prof. Rossmanith, ergänzt: "Die schwierigste Aufgabe war es, die Proteine aufzuspüren, danach ging es schnell. Wir produzierten die einzelnen Proteine getrennt in Bakterien, isolierten sie und stellten aus ihnen die mitochondriale RNase P im Reagenzglas wieder her. Damit gab es für uns - und CELL - keine Zweifel mehr: Mitochondriale RNase P kommt ohne RNA aus."

Das Rad neu erfunden

Die Identität der drei Proteine beantwortete zusätzlich eine bislang ungelöste Frage der molekularen Evolutionsforschung: Wie wird ein Ribozym durch ein Protein-Enzym ersetzt? Die Antwort, die sich aus den Daten ergibt, ist, dass die aus Proteinen bestehende mitochondriale RNase P sich parallel zum Ribozym entwickelt hat. Am Ende ersetzte sie diese. Interessant ist, dass die drei Proteinkomponenten aus ganz verschiedenen Stoffwechselwegen rekrutiert wurden und dass sie dabei trotzdem ihre ursprünglichen Funktionen beibehalten haben. Prof. Rossmanith ergänzt: "Wir bezeichnen die mitochondriale RNase P auch als Patchwork-Enzym, weil sie wie ein Flickwerk aus ein paar gerade zur Verfügung stehenden Bestandteilen zusammengestellt erscheint." Unklar bleibt, warum nur RNase P in den Mitochondrien von Tieren und nicht sämtliche Ribozyme durch Protein-Enzyme ersetzt wurden. Somit stehen die Ergebnisse dieses erfolgreichen FWF-Projektes ganz am Anfang einer Reihe von Fragen - und Antworten.

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Quelle: Wissenschaftsfonds FWF