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tRNA zur Artbestimmung

Nicht nur Transkriptionsfaktoren, Repressoren, Enhancer oder Methylierungen an der DNA bestimmen darüber, ob und wie stark ein Gen exprimiert wird. Auch chemische Modifikationen an der transfer-RNA (tRNA) spielen eine Rolle bei der Proteinsynthese. Chemiker um Daniel Globisch und Thomas Carell von der LMU München haben herausgefunden, dass diese tRNA-Modifikationen Spezies-spezifisch sind.

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(7. Oktober 2011) Die Basen Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin beziehungsweise Uracil codieren – angeordnet in Tripletts – die Informationen, die DNA und RNA für die Proteinexpression in sich tragen. In Form von Methylierungen am Cytosin speichert die DNA auf einer zweiten Ebene epigenetische Information zur Aktivität von Genen. Eine dritte Informationsebene stellt möglicherweise die chemische Modifikation der transfer-RNA (tRNA) dar.  

Globisch et al. wollten herausfinden, wie häufig bestimmte tRNA-Modifikationen bei verschiedenen Spezies vorkommen. Dazu wählten sie ein Set von 18 unterschiedlich modifizierten tRNA-Nucleosiden. Ein Nucleosid besteht jeweils aus einer Base und einer Pentose, wobei die Modifikation – beispielsweise eine Methylierung – meist an der Base stattfindet. Per Flüssigchromatografie-Massenspektrometrie (LC-MS) untersuchten sie die tRNA-Modifikationen in 16 Spezies, darunter Escherichia coli und Bacillus subtilis, Bäckerhefe, Zunderschwamm und Wildschwein (Angew Chem 2011, 50(41):9739-42).


In allen untersuchten Spezies kam beispielsweise eine Methylierung am Atom 1 (N) im Purinring des Nucleosids Guanosin häufig vor. Eine Methylierung am Atom 2 (C) des Guanosins dagegen fand sich bei B. subtilis nur in 38 von 1.000 tRNA-Molekülen, beim Wildschwein aber in 723 von 1.000 tRNA-Molekülen. Die Forscher erstellten über die Verteilung der Modifikationen einen phylogenetischen Stammbaum der 16 Spezies, der mit herkömmlichen Stammbäumen, die zum Beispiel auf Grundlage von rRNA-Sequenz-Homologien entstanden waren, übereinstimmte.

Anhand der tRNA-Modifikationsmuster konnten die Münchner auch pathogene von nicht-pathogenen Bakterienstämmen unterscheiden. Dafür untersuchten sie unter anderem Staphylococcus aureus, einen in Kliniken gefürchteten Keim, der vielfach Antibiotikaresistenzen trägt und deshalb oft schwer behandelbare Infektionen hervorruft. Sie fanden in einem Methicillin-resistenten S. aureus-Stamm (MRSA) häufiger Modifikationen der tRNA-Moleküle, als in einem Methicillin-sensiblen Stamm und nehmen an, dass diese Veränderungen für einen modifizierten Translationsprozess im resistenten Stamm nötig sind.

Bereits im vergangenen Jahr zeigten Wissenschaftler um Thomas Begley von der University of Albany, USA, dass sich in Hefe die tRNA-Modifikationen verändern, sobald der Einzeller Stress ausgesetzt ist (PLoS Genet 2010, 6(12):e1001247).

Doch welche Moleküle in der Zelle die Modifikation von tRNAs regulieren, bleibt vorerst noch im Dunkeln.


Luise Goroncy
Bild: el_fabo/photocase.com



Letzte Änderungen: 04.03.2013

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