Mitochondriale Studie bietet neue Erkenntnisse darüber, wie unsere Zellen RNA zur Energieproduktion verarbeiten

Forscher der Abteilung für Zell- und Molekularbiologie am Karolinska Institutet haben eine wichtige Entdeckung darüber gemacht, wie menschliche Zellen Energie produzieren. Ihre Studie, veröffentlicht in EMBO-Magazinenthüllt die detaillierten Mechanismen, wie Mitochondrien RNA-Moleküle (tRNA) übertragen, die für die Energieproduktion unerlässlich sind.

Mitochondrien benötigen ordnungsgemäß verarbeitete tRNAs, um energieproduzierende Proteine ​​herzustellen. Probleme bei der tRNA-Verarbeitung können zu schweren mitochondrialen Erkrankungen führen. Bisher war der genaue Prozess der tRNA-Reifung in Mitochondrien nicht genau verstanden.

„Unsere Studie zeigt auf molekularer Ebene, wie der mitochondriale RNase-Z-Komplex tRNA-Moleküle erkennt und verarbeitet“, sagte Genís Valentín Gesé, der Erstautor der Studie. „Mithilfe fortschrittlicher Kryoelektronenmikroskopie konnten wir den Komplex in Aktion visualisieren und Schnappschüsse von tRNAs in verschiedenen Reifungsstadien erfassen. Dies ist ein wichtiger Schritt vorwärts beim Verständnis, wie unsere Zellen Energie produzieren und eine gesunde Funktion aufrechterhalten.“

Mithilfe fortschrittlicher Kryo-Elektronenmikroskopie visualisierten die Forscher den mitochondrialen RNase-Z-Komplex, der für die tRNA-Reifung entscheidend ist. Sie haben hochauflösende Bilder aufgenommen, die zeigen, wie dieser Komplex Schritt für Schritt tRNA-Moleküle verarbeitet.

„Den RNase-Z-Komplex so detailliert zu sehen, ist wie die Beobachtung der Zahnräder eines fein abgestimmten Motors“, erklärte Valentín Gesé. „Wir können beobachten, wie jede Komponente mit der tRNA interagiert, was uns wertvolle Informationen über die genauen Mechanismen der tRNA-Reifung liefert.“

Enthüllung des sequentiellen Verarbeitungsmechanismus

Eine wichtige Entdeckung ist die Entdeckung der 5′-zu-3′-Prozessierungsreihenfolge von tRNAs, die sicherstellt, dass sie ordnungsgemäß für die Proteinsynthese vorbereitet werden. Die Studie erklärt auch, wie der RNase-Z-Komplex das Schneiden von tRNAs vermeidet, die bereits über ihren essentiellen 3′-CCA-Schwanz verfügen, und so Fehler bei der tRNA-Verarbeitung vermeidet.

„Es ist entscheidend, die Richtung der tRNA-Verarbeitung zu verstehen“, sagte Martin Hällberg, Hauptautor der Studie. „Dadurch wird sichergestellt, dass die tRNA-Moleküle richtig ausgereift und funktionsfähig sind, was für die effiziente Energieproduktion der Mitochondrien unerlässlich ist.“

Wichtig ist, dass die Forschung bestimmte Mutationen im ELAC2-Gen mit mitochondrialen Erkrankungen in Verbindung bringt. Das Verständnis dieser Mutationen hilft bei der Entwicklung gezielter Therapien für Erkrankungen wie Kardiomyopathie und geistige Behinderung.

„Indem wir visualisieren, wo diese Mutationen auftreten und wie sie die Struktur und Funktion des RNase-Z-Komplexes beeinflussen, können wir die molekulare Grundlage bestimmter mitochondrialer Erkrankungen verstehen“, sagt Hällberg. „Dieses Wissen ist entscheidend für die Entwicklung gezielter Therapien zur Korrektur oder Kompensation dieser Mängel.“

Dieser Durchbruch eröffnet neue Wege zur Diagnose und Behandlung mitochondrialer Erkrankungen und verbessert unser Gesamtverständnis der mitochondrialen Biologie.