Ribosom hochauflösend kartiert

Sekunde f¨¹r Sekunde werden in allen unseren K?rperzellen neue Proteine hergestellt, dies als Teil des ganz normalen Stoffwechsels. Eigentliche Akteure sind dabei die Ribosomen, aus zahlreichen Einheiten zusammengesetzte Molek¨¹lkomplexe. Sie lesen die auf einer Kopie der Gene codierte Information ab und setzten dem Bauplan entsprechend die Proteine zusammen ¨C Baustein f¨¹r Baustein. Zwei Arten dieser Ribosomen gibt es in Zellen von Menschen und anderen S?ugetieren: die ?normalen? Ribosomen, welche in der Zelle in grosser Zahl vorkommen, sowie die weniger zahlreichen und in der Struktur unterschiedlichen Ribosomen in den Mitochondrien. Das sind Zellkompartimente, die auch als ?Kraftwerken der Zelle? bezeichnet werden, weil sie die Energie f¨¹r alle Zellprozesse liefern.

Die dreidimensionale Struktur der mitochondriellen Ribosomen im Detail aufzukl?ren, ist keine einfache Sache. Dies einerseits, weil sie wie alle Ribosomen verh?ltnism?ssig grosse und komplexe Molek¨¹le sind. Andererseits ist es wegen ihrer geringen Zahl auch sehr schwierig, mitochondrielle Ribosomen in reiner Form zu gewinnen. ETH-Forschenden um Nenad Ban, Professor am Institut f¨¹r Molekularbiologie und Biophysik, und Ruedi Aebersold, Professor am Institut f¨¹r Molekulare Systembiologie, ist es vor einem Jahr gelungen, eine sehr detaillierte Struktur einer Untereinheit der mitochondriellen Ribosomen von S?ugetieren ¨C genauer: von Schweinen ¨C zu bestimmen. In weiterer Forschungsarbeit, die soeben in der Fachzeitschrift Science ver?ffentlicht wurde, bestimmte dasselbe Team nun eine dreidimensionale Karte des gesamten mitochondriellen Ribosoms von Schweinen.

Molek¨¹l ?in Aktion?

Eine Besonderheit der nun ver?ffentlichten molekularen Struktur ist, dass sie das Ribosom ?in Aktion? zeigt. So konnten die ETH-Wissenschaftler zus?tzlich zum Ribosom auch noch ein daran gebundenes Molek¨¹l (eine sogenannte mRNA) kartieren, das die Bauanleitung f¨¹r ein Protein enth?lt. Ebenso kartiert sind zwei Molek¨¹le (sogenannte tRNA), welche Protein-Bausteine zum Ribsosom bringen.

Zu ihrem Ziel kamen die Forschenden mit der Kombination von zwei Techniken: der Kryo-Elektronenmikroskopie, bei der eine Probe vor der Untersuchung schockgefroren wird, sowie der Massenspektrometrie. So konnten sie die dreidimensionale Struktur mit einer beispiellos hohen Aufl?sung von 3,8 ?ngstr?m (weniger als 0,4 Nanometer) bestimmen. ?Die Kryo-Elektronenmikroskopie wurde in den letzten Jahren stark weiterentwickelt, unter anderem gibt es heute Elektronenmikroskopie-Kameras, welche winzige Bewegungen der Probe, die sonst zu einer Unsch?rfe f¨¹hren, ausgleichen k?nnen?, wie ETH-Professor Ban erkl?rt. Die Wissenschaftler f¨¹hren die Kryo-Elektronenmikroskopie-Experimente am Mikroskopie-Kompetenzzentrum der ETH Z¨¹rich (ScopeM) durch.

Die Ribosomen in den Mitochondrien besitzen ?hnlichkeiten mit jenen von Bakterien. Ihre genaue Struktur zu kennen, ist unter anderem f¨¹r die pharmazeutische Forschung wichtig. Beispielsweise, wenn es darum geht, Antibiotika zu entwickeln, welche die Ribosomen von Bakterien angreifen und die Mikroorganismen damit in Schach halten, in den Mitochondrien von Menschen aber zu keinen unerw¨¹nschten Nebenwirkungen f¨¹hren.