Nukleotid-Analog Interferenz im Ribosom

Das Ribosom ist ein essentielles Enzym mit alter evolutionärer Vergangenheit und nimmt im Zellmetabolismus eine zentrale Rolle ein. Das Ribosom, ein multifunktionelles Ribonukleoprotein (RNP) Partikel, ist für die Proteinsynthese in allen lebenden Zellen zuständig. Da das Ribosom der Hauptangriffspunkt vieler klinisch relevanter Antibiotika ist, ist dessen funktionelles Verständnis von potentieller Bedeutung für die Bekämpfung von Antibiotika Resistenzen und für die Erzeugung neuer anti-mikrobieller Substanzen. Die Kristallstrukturaufklärung des Ribosoms barchte soetwas wie einen Quantensprung in unser Verständis der ribosomalen Organisation. Diese Studien bestätigten, dass das Ribosom ein RNA Enzym ist, da alle funktionell wichtigen Regionen nahezu ausschliesslich von ribosomaler RNA (rRNA) aufgebaut sind. Trotz detailierter Einsicht in die Struktur des Ribosoms, sind die katalytischen Mechanismen der beiden Hauptreaktionen der grossen ribosomalen Untereinheit (Peptidbindung und Peptid release) und die genauen Details der Assemblierung des RNPs, auf der molekularen Ebene noch nicht aufgeklärt. Ziel dieses Forchungsprojektes ist es, das aktive Zentrum der grossen ribosomalen Untereinheit chemisch zu modifizieren. Dabei wird eine kürzlich entwickelte Methode angewendet werden (die `gapped-cp-reconstitution`) die es erlaubt, stellenspezifisch chemisch modifizierte RNA Nukleotide in die rRNA der grossen ribosomalen Untereinheit einzubauen. Diese Vorgangsweise vergrössert signifikant den pool an chemisch unterschiedlichen Gruppen, die spezifisch in die grosse ribosomale Untereinheit eingebaut werden koennen. Im Vergleich dazu ist die Standard Mutagenese nur auf die drei natürlichen Mutationen beschränkt. Damit können die funktionellen Auswirkungen dieser Nukleotid Modifikation auf fundamentale ribosomale Reaktionen, wie die Peptidbindung und den Peptid release, mit bis dato unbekannter Präzision untersucht werden. Weiters bietet die `gapped-cp- reconstitution` Methode die Möglichkeit, die detailierten Vorgänge zur Assemblierung der grossen ribosomalen Untereinheit auf molekularer Ebene verstehen zu können.

Das Ribosom ist ein essenzieller Biokatalysator mit alter evolutionärer Vergangenheit und nimmt in jeder Zelle eine zentrale Rolle ein. Das Ribosom ist ein multi-funktionelles Partikel welches primär aus RNA aufgebaut ist und für die Proteinsynthese in allen lebenden Zellen zuständig ist. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes haben wir eine neue experimentelle Methode entwickelt und angewendet, die es erlaubt, einzelne Atome der ribosomalen RNA dieses zentralen Enzyms auszutauschen und zu verändern. Dadurch konnten wir die unterschiedlichsten Funktionen des Ribosoms während der Proteinbiosynthese mit bis dato unbekannter Präzision untersuchen. Wir konnten mehrere funktionelle Gruppen sowie Atome im Ribosom ausfindig machen, die für unterschiedliche Reaktionen während der Proteinsynthese essentiell sind. Da das Ribosom den Hauptangriffspunkt vieler klinisch relevanter Antibiotika darstellt, ist dessen funktionelles Verständnis auf der molekularen Ebene von entscheidender Bedeutung für die Bekämpfung von Antibiotika resistenten Bakterienstämmen und für die zukünftige Herstellung neuer anti-mikrobieller Substanzen.