GlykoRNAs aus Pflanzen

Ribonukleinsäure (RNA) ist ein polymeres Molekül mit einer bemerkenswerten Bandbreite an Funktionen in der Biologie. Neben ihrer zentralen Rolle bei der Übertragung der DNA-kodierten Information in Form von Boten-RNA, sind diverse RNA-Arten für viele biologische Prozesse, einschließlich Proteinbiosynthese, DNA-Replikation, epigenetische Kontrolle der Genexpression und Katalyse von wesentlicher Bedeutung. Wie andere Makromoleküle unterliegt auch die RNA chemischen Veränderungen, die ihre Funktion regulieren. Glykosylierung, die Anheftung von verschiedenen Zuckermolekülen, ist eine häufig vorkommende Modifikation von Makromolekülen in allen Zellen. Das Vorkommen von glykosylierter RNA war jedoch bis vor kurzem unbekannt. In menschlichen und anderen Säugetierzellen wurden kürzlich glykosylierte RNAs entdeckt, und wir nehmen an, dass glykosylierte RNA-Moleküle (GlycoRNAs) auch in Pflanzen vorkommen. In diesem Projekt werden GlycoRNAs aus verschiedenen Pflanzenarten durch Affinitätsreinigung mit Antikörpern, die an Kohlenhydratstrukturen binden, isoliert. Die Zusammensetzung der Kohlenhydratstrukturen und die Nukleotidsequenz der modifizierten RNAs werden bestimmt, um erste Erkenntnisse über deren Biosynthese und biologische Funktion zu gewinnen. Die erwartete Entdeckung von GlycoRNAs in Pflanzen wird neue Forschungsfelder im Bereich der RNA- und Glykobiologie eröffnen. 1

Ribonukleinsäuren (RNA) sind Makromoleküle mit einem bemerkenswerten Spektrum biologischer Funktionen. Neben ihrer zentralen Rolle bei der Übersetzung der von der DNA kodierten Information in Proteine in Form der Messenger-RNA (mRNA) ist die RNA für weitere Aspekte der Proteinbiosynthese, der DNA-Replikation, der epigenetischen Kontrolle der Genexpression, der Katalyse und vieler anderer Funktionen in der Biologie unentbehrlich. Wie andere zelluläre Makromoleküle unterliegt die RNA posttranskriptionellen Modifikationen, die ihre Funktion regulieren. Glykosylierung ist eine häufige Modifikation von Proteinen, Lipiden und Metaboliten, die durch Konjugation mit verschiedenen Arten von Monosacchariden oder komplexeren Oligosacchariden ihre Funktion diversifizieren können. Jahrzehntelang waren Glykobiologie und Nukleinsäureforschung völlig getrennte Disziplinen. Neuere Studien an Säugetierzellen haben gezeigt, dass verschiedene Arten von glykosylierten RNAs (GlycoRNAs) auf der Zelloberfläche von Säugetierzellen vorkommen. Insbesondere kleine nicht-kodierende RNAs können einer N-Glykosylierung unterliegen, und die nachgewiesenen Glykane tragen Golgi-verarbeitete komplexe N-Glykane mit Fukose und Sialinsäure. Diese Glykanmodifikationen finden sich typischerweise an sekretierten Proteinen in Säugerzellen. In diesem Projekt haben wir untersucht, ob glykosylierte RNA-Moleküle auch in Pflanzen vorkommen, was eine große Herausforderung darstellt, da die für Säugerzellen verwendeten Werkzeuge und Protokolle nicht direkt auf ganze Pflanzengewebe angewendet werden können. Um glykosylierte RNA in Pflanzen zu identifizieren, haben wir RNA aus der Modellpflanze Arabidopsis thaliana und der Tabakpflanze Nicotiana benthamiana aufgereinigt. Wir entwickelten verschiedene Methoden zur Anreicherung und Detektion von potentiell glykosylierter RNA in Blättern und Keimlingen. Wir verwendeten gentechnisch veränderte Pflanzen, die Glykokonjugate mit dem Sialinsäure-Typ produzieren, der in Säuger-Glykogen-RNAs reichlich vorhanden ist, aber in Pflanzen nicht natürlich vorkommt, um einige der Schwierigkeiten bei der Anreicherung pflanzlicher Glykogen-RNAs zu überwinden. Mit Hilfe von Dot-Blots und Northwestern-Blots mit Lektinen und kohlenhydratspezifischen Antikörpern konnten wir schließlich glykosylierte RNA-Varianten in Pflanzen nachweisen. Die Entdeckung dieser glykosylierten RNAs in Pflanzen eröffnet neue Forschungsansätze, die darauf abzielen, die strukturellen Variationen der nachgewiesenen glykosylierten RNAs, ihre Häufigkeit und Verteilung sowie ihren Biosyntheseweg im Detail zu charakterisieren, mit dem letztendlichen Ziel, neue biologische Funktionen für diese Biomoleküle in Pflanzen zu identifizieren.