Ein neues Enzym, das für den DNA- und RNA-Stoffwechsel wichtig ist, wurde identifiziert – eine Veröffentlichung eines polnischen Teams in PNAS
Ein Team des Warschauer Instituts hat einen bislang unbekannten Mechanismus zur Regulierung des Nukleinsäurestoffwechsels und damit des zellulären „Alphabets des Lebens“ entdeckt.
Wissenschaftler des Internationalen Instituts für Molekular- und Zellbiologie (IIMCB) haben in der renommierten Fachzeitschrift PNAS die Aktivität des bislang unbekannten Enzyms CDADC1 beschrieben. Dieses Enzym ist an der Regulierung der Verfügbarkeit von Nukleotiden beteiligt, die für die Bildung von DNA und RNA notwendig sind, und seine Aktivität könnte für den ordnungsgemäßen Ablauf genetischer Prozesse von Bedeutung sein.
DNA, die Grundlage allen Lebens, befindet sich in fast jeder Zelle. Die darin gespeicherte genetische Information kann genutzt werden, indem sie in RNA übersetzt wird. Dies wiederum führt zur Bildung von Proteinen, die den gesamten Organismus aufbauen und bewegen.
DNA und RNA bestehen aus drei gängigen Nukleotidtypen: Adenin, Cytosin und Guanin (A, C, G). Zusätzlich enthält DNA Thymin (T) und RNA Uracil (U). Will eine Zelle DNA kopieren (zum Beispiel vor der Zellteilung) oder RNA (die DNA-Rezeptur zur Proteinproduktion) herstellen, benötigt sie spezielle Bausteine – sogenannte Nukleotide –, die als Material für den Aufbau neuer Stränge dienen. In Zellen finden ständig zahlreiche Reaktionen statt, bei denen ein Nukleotid in ein anderes umgewandelt wird. An diesem Prozess sind viele Enzyme beteiligt, die gemeinsam das Gleichgewicht zwischen den einzelnen Nukleotidtypen aufrechterhalten – entscheidend für den reibungslosen Ablauf genetischer Prozesse.
Obwohl die Struktur und Funktion der DNA seit Jahrzehnten intensiv erforscht werden, blieb der Nukleotidstoffwechsel viele Jahre lang im Dunkeln – die meisten unserer Erkenntnisse zu diesem Thema stammen aus den 1960er und 1970er Jahren.
Der Erstautor der Veröffentlichung in PNAS, Dr. Anton Slyvka vom IIMCB, erklärt, dass die Forschung zum Nukleinsäurestoffwechsel die Analyse der Bildung und Umwandlung von Nukleotiden beinhaltet, aus denen DNA und RNA bestehen.
„Der Nukleotidstoffwechsel ist ein klassisches Gebiet der Biochemie, das Mitte des 20. Jahrhunderts intensiv erforscht wurde. Viele Schlüsselreaktionen und Enzyme wurden in den 1930er- und 1960er-Jahren entdeckt, und frühere Studien zu den Bestandteilen von Nukleinsäuren ebneten den Weg für die Entdeckung der DNA-Struktur im Jahr 1953. Mit der Zeit erkannte man, dass der Nukleotidstoffwechsel weitgehend verstanden war, und das Interesse der Wissenschaftler verlagerte sich auf die Molekularbiologie und Genetik“, sagte Dr. Slyvka.
Die Forschung des IIMCB-Teams geht zurück auf die Grundlagen der Nukleinsäurebiochemie und zeigt die Wirkung des Enzyms Deaminase CDADC1, das in der Zelle Cytosin in Uracil umwandelt. Deaminierung ist eine Reaktion, bei der eine Aminogruppe von einem Molekül entfernt und durch ein Sauerstoffatom ersetzt wird, wodurch sich dessen Eigenschaften verändern – beispielsweise wird Cytosin in Uracil umgewandelt.
Damit Nukleotide als Bausteine der DNA dienen können, müssen sie zunächst in ihre Triphosphatform (z. B. dATP, dTTP, dGTP, dCTP) umgewandelt werden. Das Team zeigte, dass CDADC1 das erste bekannte Beispiel für eine Desaminierung auf Triphosphatebene bei Eukaryoten, einschließlich des Menschen, ist.
Es stellte sich heraus, dass dieses bislang unbekannte Protein – CDADC1 – in Wirbeltierzellen, vom Hai bis zum Menschen, weit verbreitet ist. Und wenn sich ein an der DNA- und RNA-Synthese beteiligtes Protein über Hunderte von Millionen Jahren der Evolution nicht verändert hat, ist das ein Zeichen dafür, dass seine Rolle im Körper äußerst wichtig ist. Daher beschloss das IIMCB-Team, die Aktivität und Struktur dieser bislang unbekannten menschlichen Deaminase zu untersuchen. Die Forscher bestätigten tatsächlich, dass das Protein am Nukleinsäurestoffwechsel beteiligt ist.
Doch das ist noch nicht alles. Im Rahmen der Studie züchteten Wissenschaftler Mäuse, denen das aktive CDADC1-Protein fehlte. Es zeigte sich, dass sich diese Mäuse normal entwickelten – sie waren gesund und fruchtbar, was darauf hindeutet, dass die physiologische Rolle dieses Proteins noch unklar ist. „Wir untersuchten Mäuse unter Laborbedingungen, ohne dass die Tiere Stress ausgesetzt waren. Möglicherweise zeigt sich die Bedeutung dieses Proteins erst in Stresssituationen. Weitere Studien zur biologischen Funktion von CDADC1 laufen. In dieser Arbeit konzentrierten wir uns hauptsächlich auf die biochemischen und molekularen Grundlagen seiner Wirkung“, erklärte Dr. Slyvka.
„Beim Menschen wurden über 20.000 Proteine identifiziert, aber die genaue Funktion von weniger als der Hälfte davon ist bekannt“, sagte Dr. Slyvka. Derzeit konzentriert sich die Forschung hauptsächlich auf Proteine mit bekannter gesundheitlicher Bedeutung, da diese das größte Potenzial für den praktischen Einsatz haben. „Die Untersuchung unbekannter Proteine ist mit Risiken verbunden – ihre Funktion kann aus Anwendungssicht von geringer Bedeutung sein. Ihre Bedeutung zeigt sich jedoch oft erst mit der Zeit. Meiner Meinung nach ist die Erforschung eines neuen biochemischen Mechanismus jedoch ein wertvoller Beitrag zur Wissenschaft, auch wenn seine physiologische Rolle noch nicht bekannt ist. Es lohnt sich, Phänomene zu untersuchen, die wissenschaftlich interessant sind, auch wenn ihr Nutzen nicht immer offensichtlich ist“, schloss der Forscher.
Wissenschaft in Polen, Ludwik Tomal
lt/agt/
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