Im Mittelpunkt der Forschungsarbeit steht die RNA-Modifikation m6A (N6-Methyladenosin). Sie zählt zu den häufigsten chemischen Veränderungen der Boten-RNA, also jener Moleküle, die die Verbindung zwischen unserer genetischen Information in Form von DNA und der Proteinwelt herstellen. Obwohl bekannt ist, dass m6A zahlreiche biologische Prozesse beeinflusst, war bislang nur unzureichend verstanden, wie die Markierung die Stabilität von RNA-Molekülen und damit die Genaktivität in unterschiedlichen Zelltypen beeinflusst.
Für ihre Untersuchungen nutzte das Forschungsteam den Plattwurm Schmidtea mediterranea. Dieses Tier besitzt eine außergewöhnliche Fähigkeit zur Regeneration: Selbst nach schweren Verletzungen und Amputationen kann es verlorene Körperteile vollständig neu bilden. Dadurch gilt dieser Plattwurm als wichtiges Modellsystem für die Erforschung von Geweberegeneration aus Stammzellen.
Mithilfe modernster Direkt-RNA-Sequenzierung gelang es den Forschenden, einen hochauflösenden Atlas von rund 72.200 m6A-Markierungen im gesamten Transkriptom des Plattwurms zu erstellen. Anschließend untersuchten sie, wie sich diese Markierungen auf die Lebensdauer von RNA-Molekülen in verschiedenen Zelltypen auswirken. Die Ergebnisse waren überraschend: Die gleiche chemische Markierung hat je nach Zelltyp unterschiedliche, teilweise sogar gegensätzliche Funktionen. Während m6A in ausdifferenzierten Körperzellen bestimmte RNA-Moleküle stabilisiert und damit deren Wirkung verlängert, fördert sie in Stammzellen den Abbau m6A-markierter RNA-Moleküle. Die Forschenden schließen daraus, dass m6A wie eine zusätzliche Steuerungsebene der Genregulation wirkt. Sie entscheidet mit darüber, welche genetischen Informationen in einer Zelle verfügbar bleiben und welche schnell entfernt werden. Auf diese Weise trägt die RNA-Markierung dazu bei, die Identität verschiedener Zelltypen aufrechtzuerhalten und die Balance zwischen Stammzellen und spezialisierten Zellen zu sichern.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die gleiche RNA-Markierung in unterschiedlichen Zelltypen sehr verschiedene Funktionen übernehmen kann“, sagt Prof. Dr. Claus-D. Kuhn, Professor für RNA-Biochemie am Medizincampus Oberfranken der Universität Bayreuth und Letztautor der Studie. „Das eröffnet neue Einblicke in die grundlegenden Mechanismen, mit denen Zellen ihre Identität festlegen und erhalten.“
Umgesetzt wurde die Studie von den beiden Erstautoren Constantin Höhn und Andreas Pittroff aus der Arbeitsgruppe RNA-Biochemie am Medizincampus Oberfranken der Universität Bayreuth. Ihre exzellente Arbeit bildet das Fundament der Ergebnisse. Unterstützt wurden sie von Prof. Dr. Lisa Hülsmann vom Bayreuth Center of Ecology and Environmental Research (BayCEER). Die Arbeit entstand zudem in enger Zusammenarbeit mit Forschenden des IBMC (Institut de Biologie Moléculaire et Cellulaire) in Strasbourg.
