RNA-bindende Proteine – grundlegende Regulatoren der Zelle?

Wo ist ein Protein zu finden, mit wem interagiert es? Die Analyse von 1300 Genen in lebenden Zellen deutet an, dass RNA-bindende Proteine eine zentrale, bislang unbekannte Rolle spielen.

Eine menschliche Zelle verfügt über etwa 20 000 Gene, die auf vielfältige Arten zusammenarbeiten und einander beeinflussen. Unzählige Details sind über dieses komplexe Zusammenspiel bekannt, ein zusammenhängendes Bild entsteht daraus jedoch noch nicht. Der Datensatz OpenCell soll nun das Bild systematisch vervollständigen – und hat gleich angedeutet, dass es noch viel Neues zu entdecken gibt.

Hinter OpenCell steht eine Gruppe von Forschern, die vom Chan Zuckerberg Biohub in Kalifornien gefördert werden. Ihr erster Bericht wurde kürzlich in Science veröffentlicht, alle Daten sind zudem auf einer Webseite frei zugänglich. Und diese Webseite steckt randvoll mit Daten.

Modules und connectors – zwei grundsätzliche Formen der Interaktion

Ziel von OpenCell ist es, die Eigenschaften von Proteinen in der lebenden Zelle zu bestimmen. Als Modell haben sich Forscher um Manuel Leonetti die menschliche Zelllinie HEK293T ausgesucht. Im ersten Schritt wurden 1300 Gene mit einem fluoreszierenden Marker zu versehen. Ein konfokales Mikroskop bestimmte dann den Aufenthaltsort des Proteins in der Zelle, eine Massenspektrometrie identifizierte die Bindungspartner.

Das Ergebnis bestätigte erst einmal, was schon bekannt oder zumindest vermutet wurde. So lassen sich die Protein-Protein-Interaktionen grob in zwei Gruppen einteilen:

  • modules (Module): feste Protein-Komplexe mit einer Stöchiometrie von 1:1 und einer identischen Lokalisation in der Zelle
  • connectors (Bindeglieder): Interaktionen von Proteinen, bei denen die Partner in sehr unterschiedlichen Mengen und in nur teilweise überlappender Lokalisation in der Zelle auftraten

Dabei erledigen die modules meist konkrete Funktionen in der Zelle, während die connectors vermutlichals Kommunikationskanal zwischen verschiedenen zellulären Prozessen und Kompartimenten dienen.

Löslich, membran-assoziert – und nun auch RNA-bindend

Eine weitere, wenig überraschende Erkenntnis: Die Proteine ließen sich grob unterschiedlichen Domänen zuordnen. Da sind zum einen die löslichen Proteine, die sich (mehr oder weniger) frei im Zytoplasma bewegen. Und dann die membran-assoziierten Proteine, die direkt oder indirekt mit den Membranen der Zelle und den Organellen verbunden sind.

Nun die erste Überraschung: Neben den löslichen und membranassoziierten Proteinen zeigten sich starke Hinweise auf eine dritte Domäne – charakterisiert durch Proteine, die an RNA binden. Diese zeigten auffällige Gemeinsamkeiten:

  • sie interagieren bevorzugt miteinander (auch in Abwesenheit von RNA)
  • sie finden sich angereichert in Mikrokompartimenten wie dem Zentrosom und P-bodies
  • sie weisen häufig Bereiche mit ungeordneter Protein-Struktur auf

Die Funktion? Bislang unklar…

Bereits zuvor gab es Hinweise auf Mikrokompartimente in der Zelle, die irgendwie mit der RNA in Zusammenhang stehen. OpenCell bestätigt diese Vermutung und stützt sie mit neuen Daten. Doch was genau tun die RNA-bindenden Proteine? Welche Rolle spielen sie für die Zelle? Für konkrete Aussagen ist es noch zu früh, vieles ist bleibt Spekulation.

OpenCell steht erst am Anfang, bislang wurden nur etwa 7 % der Proteine markiert und analysiert. Man darf also hoffen, dass wir bald mehr über die Domäne der RNA-bindenden Proteine erfahren. Und vielleicht sollten wir uns schon auf weitere Überraschungen gefasst machen!

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