Fette und Nukleinsäuren sind wichtige Bestandteile der menschlichen Zelle – aber interagieren sie auch? Eine neue Studie zeigt, wie die RNA-Aktivität von Lipiden kontrolliert werden kann.
Alle Zellen sind von einer Fettschicht aus Lipiden umhüllt. Lipidmembranen schützen den Inhalt der Zellen, einschließlich genetischer Informationen wie RNA und DNA. Eine neue Studie der Forscher am B CUBE – Center for Molecular Bioengineering der TU Dresden zeigt, wie Lipide und RNA direkt interagieren und wie diese Interaktion die RNA-Aktivität reguliert. Die Studie könnte erklären, wie RNA in ursprünglichen oder synthetischen biologischen Systemen reguliert wird und zu Verbesserungen bei der Entwicklung von RNA-Impfstoffen führen.
Die beiden Autoren Tomasz Czerniak und James Sáenz entdeckten, dass Lipide die Aktivität von RNA in einem einfachen synthetischen System direkt modulieren können. „Dies eröffnet neue Möglichkeiten, wie wir RNA-Lipid-Wechselwirkungen für das Bioengineering nutzen können – zum Beispiel für die Verabreichung von mRNA-Therapien“, sagt Dr. James Sáenz.
RNA-Lipid-Welt, Credit: Tomasz Czerniak
Darüber hinaus kann diese Arbeit auch dazu beitragen, Hinweise auf den Ursprung des Lebens in der Urzeit zu erhalten. Eine verbreitete Hypothese zur Entstehung des Lebens besagt, dass es aus selbstreplizierenden RNA-Molekülen entstanden ist – Jahre vor der Entwicklung von DNA und Proteinen. In diesem Fall wäre die einfache und wirksame Modulation der RNA-Aktivität der Schlüssel für die Organisation des frühen Lebens auf einer urzeitlichen Erde.
Die Wissenschaftler testeten, wie gut verschiedene Arten von RNA-Molekülen mit Lipidmembranen interagieren. Sie fanden heraus, dass einige RNAs die Lipide besser binden als andere und dass dies von der Sequenz und der Struktur des RNA-Moleküls abhängt. Insbesondere Guanin war für die Bindung der RNA an die Lipide entscheidend. Das Hinzufügen zusätzlicher Guaninketten zu den RNAs machte diese noch haftender und bot eine Möglichkeit, die Stärke der RNA-Lipid-Wechselwirkungen zu kontrollieren.
Guanin macht die RNA-Lipid-Bindung klebriger, indem es die Faltung von RNAs in verschiedene Strukturen fördert. Eine solche Struktur, ein so genannter G-Quadruplex, kommt in Zellen vor und ist als wichtiges Element der RNA-Aktivität und -Regulierung bekannt. „Dies wirft die Möglichkeit auf, dass RNA-Lipid-Interaktionen in modernen Zellen immer noch stattfinden, möglicherweise als Relikt einer längst ausgestorbenen RNA-Lipid-Welt“, sagt Sáenz.
Schließlich untersuchten die Forscher die RNA-Lipid-Interaktionen genauer. Sie konnten zeigen, dass diese Interaktionen genutzt werden können, um die Aktivität von RNAs, die chemische Reaktionen katalysieren, zu kontrollieren.
„In einem nächsten Schritt möchten wir verstehen, wie man RNA-Lipid-Wechselwirkungen nutzen kann, um synthetisches Leben zu entwickeln und ob diese Wechselwirkungen in modernen Organismen, einschließlich denen des Menschen, wichtig sind“, erklärt Sáenz. Das Team weist auch darauf hin, dass die Erkenntnisse aus ihrer Arbeit neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Lipid-Nanopartikeln für mRNA-Impfstoffformulierungen bieten könnten.
Dieser Text basiert auf einer Pressemitteilung der Technischen Universität Dresden. Die Originalpublikation haben wir euch hier und im Text verlinkt.
Bildquelle: Dani Guitarra, unsplash
