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"PPRs and cpRNPs: RNA-binding proteins required for global RNA stabilization in plant organelles"

Dr. Hannes Ruwe hat an der Humboldt-Universität ein Promotionsstudium in Biologie absolviert. Für seine Dissertation wurde er mit dem Humboldt-Preis 2016 ausgezeichnet.
Dr. Hannes Ruwe

Abbildung: privat

Zusammenfassung

Pflanzen besitzen in ihren Zellen neben dem Zellkern zwei weitere abgegrenzte Bereiche, die den Erbinformationsträger DNA beherbergen: die Organellen. Diese beiden Organellen sind zum einen das Mitochondrium, welches sich auch in tierischen Zellen und in denen von Pilzen findet, und der Chloroplast, der Ort der Photosynthese. Mitochondrien und Chloroplasten stammen von einst freilebenden Bakterien ab, die von einer dritten Zelle aufgenommen wurden. Auch nach Milliarden Jahren der Evolution tragen sie noch DNA-Moleküle, die von den Genomen der früheren freilebenden Bakterien abstammen und essentielle Gene beherbergen.

Sowohl Genaktivitäten im Zellkern als auch in den Organellen müssen reguliert werden. So ist es beispielsweise wichtig, die Photosynthese auf veränderte Umweltbedingungen wie Lichtintensität oder Temperatur anzupassen. Dabei ist es entscheidend, dass Genaktivitäten in allen drei Bereichen, Zellkern, Mitochondrium und Chloroplast, koordiniert reguliert werden. Während eine große Zahl Regulatoren im Zellkern beschrieben wurden, sind Regulatoren für Chloroplasten und Mitochondrien weitgehend unbekannt. Eine Vielzahl von Proteinen wird aus dem Zellkern in die Chloroplasten und Mitochondrien importiert, die die Aktivität der Gene regulieren könnten. Neben Proteinen können aber auch weitere Moleküle als Regulatoren fungieren.

So sind kurze RNA Segmente (RNA ist die Abschrift der DNA) für Regulationsprozesse in Bakterien und im Zellkern verantwortlich. In dieser Dissertation wurden solche kurzen, potentiell regulativen RNA Segmente erstmals umfassend auch in Chloroplasten und Mitochondrien beschrieben und deren Biogenese untersucht. Viele der kurzen RNA Segmente entstehen aus längeren RNA Molekülen, dort wo diese von Proteinen gebunden werden, ein bisher unbekannter Mechanismus. Neben ihrer potentiellen regulativen Funktion, verraten diese kurzen RNA Fragmente also zusätzlich Bindestellen von möglichen Proteinregulatoren.

Anhand der in dieser Arbeit beschriebenen kurzen RNA Segmente ist es nun möglich, die genauen Bindestellen einzelner regulatorischer Proteine im Chloroplasten und den Mitochondrien zu identifizieren und somit die Wirkungsweise dieser Regulatoren zu verstehen. Die kurzen RNA Segmente und andere Regulatoren sind dabei nicht nur für die Grundlagenforschung interessant. In der Biotechnologie wird vermehrt die Produktion von medizinisch oder anderweitig relevanter Proteine in Chloroplasten exploriert. Um die Vorteile der Produktion in Chloroplasten nutzen zu können, ist es wichtig deren Genregulationsmechanismen zu verstehen und anschließend manipulieren zu können.