Von Henning Engeln

Als Anfang der sechziger Jahre der genetische Code geknackt wurde, da schien alles einfach zu sein: Ein Gen, also ein Stückchen des Erbmoleküls DNA, enthält die Information für ein bestimmtes Eiweiß (Protein). Die Reihenfolge der "Buchstaben" auf der DNA spiegelt exakt die Folge der Aminosäuren wider, aus denen sich ein Protein aufbaut. Doch – wie schon so oft – ist auch dieses biologische Weltbild zu einfach. Denn neuere Forschungen zeigen, daß die Information auf dem Weg vom Erbgut zur Eiweißproduktion verändert werden kann.

Der Vorgang passiert an der Boten-RNA (messenger-RNA = m-RNA). Die m-RNA ist eine Art Negativkopie der DNA. Sie transportiert die Erbinformation an die Orte der Eiweißsynthese und fungiert dort als Bauanleitung für die Herstellung eines Proteins. Die Moleklularbiologen stellten fest, daß in manchen m-RNAs einzelne oder gar mehrere Buchstaben umgeschrieben, ausgetauscht oder eingefügt wurden. Dadurch entstanden Proteine, die in dieser Form gar nicht auf der DNA verschlüsselt waren.

Entdeckt wurde das Phänomen von einer amerikanischen Forschergruppe. Die Molekularbiologen hatten Trypanosomen untersucht, einzellige Tierchen, die beim Menschen die Schlafkrankheit verursachen. In den Mitochondrien – das sind "Kraftwerke" der Zellen mit eigener Erbsubstanz, die chemische Energie aus der Verbrennung von Zucker gewinnen – der Trypanosomen gab es Eiweiße, deren Gene verstümmelt waren und andere, für die überhaupt keine Erbinformation vorhanden zu sein schien. Die Forscher untersuchten die m-RNA der verstümmelten Gene und fanden, daß in sie zusätzliche genetische Buchstaben eingefügt wurden. Es gelang ihnen auch, die Gene jener Proteine zu finden, für die es zunächst keine Information gegeben zu haben schien: Der Aufbau der Eiweiße wich so stark von der Information der zugehörigen Gene ab, daß sie zunächst übersehen worden waren. Bis zu 34 zusätzliche Buchstaben wurden in die m-RNA eines bestimmten Proteins eingefügt. In anderen Fällen wurden nicht nur Buchstaben eingefügt, sondern auch welche herausgeschnitten.

Die Molekularbiologen bezeichneten das Phänomen als "RNA-Editing", also ein "Redigieren" und "Überarbeiten" der Erbbotschaft. Bald stellte sich heraus, daß der Vorgang im Tier- und Pflanzenreich weit verbreitet ist. Bei Säugetieren wird beispielsweise das Eiweißmolekül Apolipoprotein, das eine wichtige Rolle im Fettsäurehaushalt spielt, durch RNA-Editing in zwei verschiedenen Formen hergestellt: In Leberzellen besteht es aus rund 4500 Aminosäuren, in Darmzellen hingegen ist es nur halb so lang. In letzteren wird nur das halbe Molekül synthetisiert, weil durch das "Edieren" eine Stopp-Anweisung in die Mitte des m-RNA-Stranges eingebaut wurde. Auch beim Krallenfrosch und bei Viren haben die Wissenschaftler Fälle von RNA-Editing entdeckt.

Am Institut für Genbiologische Forschung in Berlin untersuchen Wolfgang Schuster und Axel Brennicke das neue Phänomen in Mitochondrien von Pflanzen. Wie sie in der jüngsten Ausgabe der Zeitschrift Biologie in unserer Zeit (Heft 4/90, S. 201) schreiben, unterscheidet sich das "Edieren" der Pflanzen von jenem der Trypanosomen dadurch, daß keine zusätzlichen Buchstaben in die RNA eingefügt wurden, sondern daß einzelne Buchstaben (Nukleotide) an mehreren Stellen der RNA ausgetauscht werden. Die Forscher nehmen an, daß dabei das entsprechende Nukleotid (die Buchstaben haben chemisch teilweise ähnliche Grundstrukturen) zu einem anderen Buchstaben verändert, nicht aber komplett ausgetauscht und durch einen anderen ersetzt wird.

Welche Moleküle das RNA-Editing besorgen, ist noch unbekannt. Die Molekularbiologen haben die Existenz eines "Editosoms" postuliert, eines hypothetischen Eiweißmoleküls oder Molekülaggregates, das Buchstaben in die RNA einfügt oder an ihr verändert. Woher dieser Lektor "weiß", an welcher Stelle was verändert werden soll, darüber gibt es bei den Trypanosomen schon erste Erkenntnisse. Hier fanden die Molekularbiologen eine "lenkende" RNA (guide-RNA), die sich an die zu editierende m-RNA bindet und offenbar die Information enthält, an welcher Stelle welche Buchstaben verändert werden sollen. Die guide-RNA wird wiederum von einem bestimmten Abschnitt auf der DNA codiert.