RNA-Schere mit mehreren Funktionen

CRISPR/Cas-Systeme gelten als viel versprechende „Genscheren“: Sie kommen im Genome Editing zum Einsatz, um Pflanzen, Tiere oder Mikroorganismen durch zielgerichtete Veränderung der DNA zu untersuchen – und möglicherweise lassen sich mit ihnen sogar Gendefekte korrigieren. Ein Forschungsteam um Juliane Behler und Prof. Dr. Wolfgang Hess von der Universität Freiburg hat nun ein Enzym, eine spezielle RNA-Schere, identifiziert, die sowohl an CRISPR/Cas-Systemen als auch an der korrekten Steuerung der Genexpression – also dem Ablesen von Genen und dem Umschreiben in Proteinen – beteiligt ist. Die Forscherinnen und Forscher haben ihre Arbeit im Fachjournal „Nature Microbiology“ veröffentlicht.

Natürliche CRISPR/Cas-Systeme existieren in den meisten Bakterien und Archaeen, wo sie ein mikrobielles Immunsystem bilden, mit dem sich diese Organismen gegen eindringende Viren wehren. Damit das funktioniert, muss zunächst ein langes RNA-Molekül in kleinere Einheiten zerlegt werden. Dazu wird ein Enzym als RNA-Schere verwendet, das damit das System „scharfstellt“. Natürliche CRISPR/Cas-Systeme funktionieren häufig autonom: Sie können schnell zwischen verschiedenen Bakterien ausgetauscht werden und sind nicht auf andere Proteine ihrer jeweiligen Wirtszelle angewiesen. Eine schon bekannte Ausnahme besteht bei den populären CRISPR/Cas9-Systemen, in denen das Wirts-Enzym RNase III die Funktion der RNA-Schere ausübt.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Freiburg haben nun nachgewiesen, dass sich in dem von ihnen untersuchten CRISPR/Cas-System in einem Cyanobakterium das Enzym RNase E als RNA-Schere betätigt. Dieses Enzym ist sehr weit verbreitet: Es findet sich in krankheitserregenden Bakterien, grünen Pflanzenchloroplasten und eben in photosynthetischen Cyanobakterien. In all diesen Organismengruppen ist es ein wichtiger Faktor für die korrekte Steuerung der Genexpression. Dass es auch eine Rolle in CRISPR/Cas-Systemen spielt, war bisher nicht bekannt.

Die Ergebnisse zeigen, dass CRISPR/Cas-Systeme stärker als bisher angenommen mit den zellulären Mechanismen ihres jeweiligen Organismus verwoben sind und deuten auf bisher nicht bekannte Nutzungsmöglichkeiten dieser Systeme.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat die Arbeit im Rahmen der Forschergruppe FOR1680 „Unravelling the Immune System“ gefördert. Wolfgang Hess ist zurzeit Fellow am Freiburg Institute for Advanced Studies (FRIAS) der Albert-Ludwigs-Universität.

Originalveröffentlichung:
Juliane Behler, Kundan Sharma, Viktoria Reimann, Annegret Wilde, Henning Urlaub, and Wolfgang R. Hess (2018): The host-encoded RNase E endonuclease as the crRNA maturation enzyme in a CRISPR–Cas subtype III-Bv system. In: Nature Microbiology. doi: 10.1038/s41564-017-0103-5