RNA Faltung und Katalyse, RNA bindende Antibiotika

Die Desoxyribonukleinsäure, kurz DNA, ist mittlerweile jedem ein Begriff. Im Gegensatz dazu ist die Ribonukleinsäure, auch RNA, weniger bekannt und das obwohl sie wesentlich mehr Funktionen in der Zelle ausüben kann. Die RNA kann wie die DNA genetische Information speichern (HIV und Influenza z. B. sind RNA- Viren, deren genetische Information in RNA kodiert ist) und wie Proteine spezialisierte Aufgaben in der Zelle übernehmen. Das Ziel der Forschungsarbeiten in meiner Gruppe ist es, die Arbeitsweise von funktionellen RNA- Molekülen zu verstehen. RNA-Moleküle bestehen aus langen Ketten, die sich zu komplexen dreidimensionalen Gebilden falten müssen, um ihre Aktivität zu entfalten. Wir wollen die Gesetze kennen, welche diesen Faltungsprozess steuern und verstehen, wie verhindert wird, dass sich RNA-Moleküle falsch falten. Von ganz zentraler Bedeutung war unsere Beobachtung, dass manche Antibiotika RNA-Moleküle binden und deren Funktion stören. Das hat dazu geführt, dass heute RNA als Zielmoleküle für therapeutische Maßnahmen gilt. Uns interessiert, wie diese Antibiotika mit RNA wechselwirken und wie sie deren Funktion verändern.

Als die Sequenz des menschlichen Genoms entziffert wurde, war es eine große Überraschung wie hoch der Anteil an repetitiven Sequenzen war. Diese wurde bald als "genomischer Müll" abgetan. Einige Jahre später kam die nächste Überraschung als realisiert wurde, dass ein Großteil dieses Mülls in RNA umgeschrieben wird. Weil die Plastizität des Genoms großteils von Retroelementen stammt, also von RNA Sequenzen, die in DNA zurückgeschrieben und dann in das Chromosom integriert werden, bin ich überzeugt, dass der genomische Müll hauptsächlich aus funktionalen RNA Molekülen stammt. Diese sind per se interessant und es ist es wert, die Funktionen des Mülls zu erforschen. Daher habe ich einen Großteil des Wittgensteinprojektes der Analyse des genomischen Mülls gewidmet. Die Entdeckung von neuen Genen geschieht meistes mittels genetischen Suchverfahren, bioinformatischen Voraussagen oder durch Sequenzierung von RNAs. Um die Funktion vom genomischen Müll zu erforschen, brauchen wir aber andere Methoden, weil Mutationen in diesen repetitiven Sequenzen höchstwahrscheinlich keinen Phänotyp haben, man Unbekanntes nicht voraussagen kann und die RNAs zu schwach exprimiert sind, als dass man sie mittels Massensequnezierung finden könnte. Wir haben daher einen anderen Ansatz gewählt: wir haben genomisches SELEX, eine Technik welche mit der Erstellung von Bibliotheken aus der genomischen DNA beginnt und diese dann in vitro in RNA umschreibt, für die neuesten Technologien adaptiert. Wir haben mit dieser Methode RNAs gesucht, die hohe Affinität zu RNA Polymerasen oder zu dem bakteriellen RNA chaperone Hfq besitzen in der Annahme, dass wir viele regulatorische RNA Sequenzen finden werden. Und dem war auch so. Wir nennen diese RNA Sequenzen "genomische Aptamere". Wir haben eine sehr große Anzahl von Aptameren auf dem antisense Strang und in Satelliten nahe den Zentromeren gefunden. Wir untersuchen jetzt ob und wie diese Sequenzen, an der Stillegung von genomischen Regionen beteiligt sind. Viele RNAs haben als Aufgabe genomische Regionen still zu legen. Wir haben viel dazu gelernt, wie RNA Moleküle ihre Zielsequenzen finden und mit der Hilfe von Proteinen mit RNA Chaperone Aktivität daran binden. Zusammenfassend haben wir die klassische SELEX Methode für neue Technicken adaptiert, welche Genomsequenzen und massives Sequenzieren kombinieren um neue Eigenschaften von RNA Molekülen in stillgelegten Regionen des Genoms zu entdecken.