Identifikation eines trans-Faktors für das mitochondriale RNA-Editing in Arabidopsis thaliana
Die Struktur der Proteine als Grundbausteine aller Zellen ist in lebenden Organismen in der DNA kodiert. Um ein Protein zu synthetisieren, wird zunächst im Prozess der Transkription ein RNA-Strang direkt vom DNA-Strang kopiert. Die RNA enthält also die gleiche genetische Information wie die DNA. Von der RNA entsteht in der Translation eine Aminosäurekette, deren Sequenz durch die Abfolge der Nukleotide in der RNA festgelegt ist. Eine Aminosäure ist dabei durch ein Nukleotidtriplett (Codon) kodiert.
In den Organellen der Pflanzenzellen - den für die Photosynthese zuständigen Plastiden und den Mitochondrien, die Energie liefern - werden während der Reifung der mRNA einzelne Nukleotide verändert. Damit legt die DNA nicht mehr die Proteinstruktur fest, die RNA stimmt nicht mehr mit der DNA überein. In den Mitochondrien werden durch dieses sog. RNA-Editing in Blütenpflanzen 400 bis 500 Cytidine zu Uridinen modifiziert. Die meisten dieser RNA-Editingstellen liegen in den kodierenden Regionen und sind essentiell für die korrekte Ausprägung des betroffenen Gens. Obwohl deshalb nur wenige Variationen toleriert werden sollten, erscheinen und verschwinden Editingstellen sogar zwischen eng verwandten Pflanzenarten. Um zu untersuchen, ob derartige Variationen einzelner Editingstellen auch innerhalb einer Art auftreten können, habe ich mitochondriale RNA-Editingstellen in drei Ökotypen der Modellpflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) verglichen. Dabei konnte ich sechs RNA-Editingstellen identifizieren, an denen die Editingeffizienz um 40-60% variiert. Da Pflanzen dieser Ökotypen normal aussehen und wachsen, scheinen diese durch RNA-Editing verursachten Veränderungen in den Aminosäuresequenzen wenig Effekt auf die Funktion der betreffenden Proteine zu haben.
Bislang war noch kein Faktor gefunden worden, der am RNA Editing in Pflanzenmitochondrien beteiligt ist. Mir ist es über die Analyse der ökotypspezifischen Variationen gelungen, das erste kernkodierte Gen für einen solchen Faktor zu ermitteln. Dieser ist für das RNA-Editing von gleich drei Stellen in mitochondrialen mRNAs in Arabidopsis thaliana notwendig. Variationen zwischen den Ökotypen und in Mutanten modifizieren wahrscheinlich die Bindung des Editingfaktors an die betroffenen Stellen in der RNA. Die Identifikation dieses Faktors ist neben den schon zuvor publizierten Binderegionen in der RNA ein weiterer Schritt zum Verständnis des RNA-Editings in Pflanzen.
Die Ergebnisse dieser Arbeit sind in den international renommierten Fachblättern „Mitochondrion“ und „Plant Cell“ erschienen. Weitere Arbeiten wurden in „FEBS Letters“, „Journal of Biological Chemistry“ und „Plant Journal” veröffentlicht
Abb.1: RNA-Editing ändert in höheren Pflanzen einzelne Cytidine (C) in der prae_mRNA zu Uridinen (U) in der reifen mRNA. In der editierten mRNA ist eine Aminosäuresequenz kodiert, die sich von dem in der genomischen DNA und in der prae_mRNA kodierten Protein unterscheidet. Exemplarisch sind einige solcher Aminosäure-veränderungen gezeigt.
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