Biozentrum der Universität Basel: Molekulare Maschinen bei der Arbeit beobachtet

10.01.2008

Molekulare Maschinen sind die Hauptakteure bei der Umsetzung lebenswichtiger Prozesse in unserem Körper. Durch die Spaltung des Moleküls ATP gewinnen sie Energie und setzen diese gezielt für komplexe Prozesse ein. Forschenden am Biozentrum der Universität Basel ist es nun gelungen, eine solche molekulare Maschine - eine RNA-Helikase - bei der Arbeit zu beobachten.

Die Bestimmung der dreidimensionalen Struktur unterschiedlicher Helikasen hat gezeigt, dass diese aus zwei globulären (kugelförmigen) Einheiten bestehen, die durch einen Spalt getrennt sind. Es ist aber bisher unklar, wie die Helikasen die Energie der ATP-Hydrolyse in Strukturänderungen der Nukleinsäuren umsetzen können. Mit der Methode des so genannten Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfers ist es möglich, Abstände zwischen zwei Markern auf der Nanometerskala, also innerhalb einzelner Helikase-Moleküle, zu bestimmen. Werden Abstände zwischen mehreren Punkten bestimmt, können Rückschlüsse auf die Form der Helikase gezogen werden.

Die Forschungsgruppe um Prof. Dagmar Klostermeier konnte so zeigen, dass eine bakterielle RNA-Helikase normalerweise eine offene Form einnimmt, in der der Spalt zwischen den globulären Einheiten geöffnet ist. Erst wenn die Helikase gleichzeitig mit ihrem Zielmolekül, der RNA, und der Energiequelle, dem ATP, in Wechselwirkung steht, schliesst sich dieser Spalt, und die Helikase nimmt eine kompakte, geschlossene Konformation ein. Als Folge dieser ATP-induzierten Konformationsänderung der Helikase wird die Doppelhelix-Struktur der RNA verzerrt und ihre Entwindung eingeleitet. Die Spaltung des ATP durch die Helikase überführt diese wiederum in die offene Form. Mehrere Zyklen von ATP-induziertem Öffnen und Schliessen der Helikase führen so zur Entwindung der RNA.

Durch zeitabhängiges Verfolgen des Abstands zwischen zwei Referenzpunkten auf beiden Seiten des Spalts ist es den Forschenden am Biozentrum gelungen, das Öffnen und Schliessen der Helikase während der RNA-Entwindung in Echtzeit zu verfolgen. Damit ist es nun möglich, diesen molekularen Maschinen bei der Arbeit zuzusehen und so die Rolle ihrer Bewegungen für die Funktion zu entschlüsseln.

Originalveröffentlichung: Bettina Theissen, Anne R. Karow, Jürgen Köhler, Airat Gubaev and Dagmar Klostermeier; "Cooperative binding of ATP and RNA induces a closed conformation in a DEAD box RNA helicase"; Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) 2008.

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