Bis zum finalen Schnitt

Proteine sind zentrale Bausteine des Lebens und werden von jeder Zelle massenhaft gebildet. Dafür muss die Zelle zunächst die zellulären Proteinfabriken selbst, die Ribosomen, in großer Zahl produzieren. Jedes Ribosom besteht aus zahlreichen Komponenten, die mithilfe von über 200 Biogenesefaktoren zusammengebaut und in die richtige Architektur gefaltet werden müssen. Wissenschaftler um Professor Roland Beckmann vom Genzentrum der LMU konnten nun erstmals die dreidimensionale Struktur verschiedener Vorstufen von Ribosomen menschlicher Zellen in hoher Auflösung aufklären und zeigen, wie deren Faltung in die richtige Form abläuft. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher im renommierten Fachmagazin Nature.

Ribosomen setzen sich aus einer großen und einer kleinen Untereinheit zusammen, die separat produziert und erst bei Bedarf zu einer funktionellen Einheit zusammengefügt werden. Die Produktion der Untereinheiten der Ribosomen beginnt bereits im Zellkern. Von dort werden sie zur weiteren Vervollständigung aus dem Zellkern ins Zytoplasma transportiert. In Eukaryonten besteht die kleine Untereinheit aus einer ribosomalen RNA (rRNA) und etwa 30 Proteinen, die große aus drei rRNAs und etwa 50 Proteinen. „Bisher stammten alle Erkenntnisse darüber, wie Ribosomen aus ihren Bestandteilen zusammengebaut werden, aus Studien an einfachen Organismen wie Hefe“, sagt Michael Ameismeier, Doktorand in Beckmanns Team und, zusammen mit Jingdong Cheng, Erstautor des Papers. „Wir haben nun mithilfe von Kryo-Elektronenmikroskopie zum ersten Mal die Struktur von Vorstufen der kleinen Ribosomen-Untereinheit in menschlichen Zellen aufgeklärt.“

Die Wissenschaftler gewannen so Einblicke in einen komplexen Prozess: „Der Vorteil war, dass wir nicht nur die Struktur von einer Vorstufe lösen konnten, sondern von fünf. Diese konnten wir dann in eine chronologische Reihenfolge ordnen und die Unterschiede analysieren“, sagt Ameismeier. Die früheste Struktur entsteht dabei noch im Zellkern, die späteren Strukturen entstehen nach dem Export ins Zytoplasma. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass die Reifung in mehreren Schritten erfolgt. „Gewährleistet wird die sequentielle Reifung unter anderem durch die Biogenesefaktoren RRP12 und PNO1.“ Die endgültige Fertigstellung erfolgt mit einem finalen Schnitt: Das Enzym NOB1 schneidet die rRNA an einer bestimmten Stelle ab. Erst jetzt kann die Untereinheit an die große Einheit binden – das Ribosom ist bereit für die Proteinsynthese. (Nature 2018)

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