Genexpression in Nervenzellen: Bayreuther Forscher*innen entdecken Mechanismus zur gezielten Stimulation

Die neuen Forschungsergebnisse sind in einer engen Zusammenarbeit des Bayreuther Forschungsteams um Prof. Dr. Claus-D. Kuhn mit Partneruniversitäten in Südkorea und der Schweiz entstanden. Eine Schlüsselfunktion für den gemeinsam entdeckten Mechanismus zur Aktivierung von RNA-Polymerase II – kurz: Pol II – haben Enhancer-RNAs. Diese Moleküle sind nichtkodierend, das heißt sie werden nicht als Baupläne zur Proteinherstellung verwendet. Wie die Forscher*innen herausgefunden haben, schalten Enhancer-RNAs die Aktivität von Pol II an. Dies geschieht dadurch, dass sie einen großen, an Pol II gebundenen Molekülkomplex von Pol II ablösen, der als NELF (Negative Elongation Factor) bezeichnet wird: NELF hält Pol II normalerweise umklammert und blockiert dessen Aktivität.

Enhancer-RNAs können allerdings nur unter einer Bedingung als „Befreier“ von Pol II agieren: Sie müssen eine bestimmte Mindestlänge besitzen und eine charakteristische molekulare Zusammensetzung aufweisen. Dann kommt es, wie die Bayreuther Forscher*innen herausgefunden haben, zwischen den langen Enhancer-RNAs und dem Molekülkomplex NELF zu multivalenten Wechselwirkungen. Dies bedeutet, dass Enhancer-RNAs gleichzeitig an eine Reihe verschiedener Bindungsstellen andocken, die sich auf mehrere Untereinheiten von NELF verteilen. Nur dadurch sind sie in der Lage, NELF von Pol II abzulösen. Auf diese Weise sorgen Enhancer-RNAs dafür, dass Pol II wieder aktiv wird und den Prozess der Transkription nach der NELF-induzierten Pause wieder aufnimmt. „Es ist uns erstmals gelungen, einen direkten mechanischen Zusammenhang zwischen Enhancer-RNAs und den von Pol II kontrollierten Transkriptionsprozessen aufzuzeigen, die einen zentralen Bestandteil der Genexpression darstellen“, sagt Prof. Dr. Claus-D. Kuhn, Heisenberg-Professor für RNA-Biochemie an der Universität Bayreuth.

Die in „Nature Communications“ veröffentlichte Arbeit erweitert zudem den bisherigen Kenntnisstand hinsichtlich der Rolle von Enhancern. Enhancer sind Bestandteile der DNA. Schon lange ist bekannt, dass sie unentbehrlich sind, um den Prozess der Transkription in Gang zu setzen: Denn sie haben die Funktion, bestimmte Proteine – die sogenannten Transkriptionsfaktoren – zu binden. Die Bayreuther Forschungsarbeiten zeigen jetzt, dass sie die Genexpression noch auf eine zweite, viel schnellere und effizientere Weise beeinflussen: Enhancer werden von Pol II abgelesen, so dass große Mengen von Enhancer-RNAs entstehen. Insofern verdanken diese nichtkodierenden RNAs ihre Existenz genau demjenigen Enzym, das sie später freisetzen und aktivieren.