Chaotische Zellmembranen (mit Glykolipiden in Gelb). (Juan Gaertner/Science Photo Library/Getty Images) Das wunderbare Durcheinander von Molekülen, aus denen Lebewesen bestehen, ist so komplex, dass Biologen eine ganze Klasse von ihnen übersehen haben – bis jetzt. Dieses fehlende Stück Biochemie ist weder selten noch schwer zu finden; Es ist einfach so, dass vorher niemand daran gedacht hat, danach zu suchen.
„Dies ist eine atemberaubende Entdeckung einer völlig neuen Klasse von Biomolekülen“, sagte Stanford-Biochemikerin Carolyn Bertozzi.
„Es ist wirklich eine Bombe, denn die Entdeckung legt nahe, dass es biomolekulare Wege in der Zelle gibt, die uns völlig unbekannt sind.“
Biologen haben ein ziemlich gutes Verständnis unserer wichtigsten molekularen Bausteine. Es gibt Kohlenhydrate (wie Stärke), Lipide (Fette), Nukleinsäuren (DNA) und Proteine (Muskeln).
Diese sind weiter in Untertypen unterteilt; Beispielsweise sind Zellulose und Zucker Kohlenhydrate. Dann gibt es Kombinationen zwischen diesen Gruppen, beispielsweise wenn sich verschiedene Zucker mit Lipiden in einem roten Blutkörperchen verbinden und so die ABO-Blutgruppen bilden.
Glykane sind Ketten aus Zuckermolekülen, die sich in einem sogenannten Prozess an Fette und Proteine binden können Glykosylierung , helfen beim Transport durch eine Zelle oder beim Falten in die richtige Form für ihren Zweck. Sie sind an vielen grundlegenden Prozessen der Biologie beteiligt, von der Entwicklung von Embryonen bis zur Erkennung von Krankheitserregern.
Die Forscher unter der Leitung des Biochemikers Ryan Flynn, der jetzt am Boston Children's Hospital arbeitet, entdeckten, dass Glykane auch an nicht-kodierende RNAs binden können.
Dies war eine Überraschung, da man bisher davon ausgegangen war, dass RNA nur innerhalb von Zellen funktioniert – im Zellkern und in der Flüssigkeit –, während Glykane normalerweise durch Membranen in den kleinen Organellen einer Zelle oder auf der Zelloberfläche von ihnen getrennt sind.
„RNA und Glykane leben in zwei getrennten Welten, wenn man den Lehrbüchern Glauben schenken darf“, sagte Bertozzi.
Drei Produkte der Glykolyse, darunter die neu entdeckte GlycoRNA. (Ryan Flynn)
Dies fanden sie heraus, indem sie Glykolmoleküle in Laborzellen mit Sialinsäure markierten und die RNA extrahierten. Tatsächlich hatte ein Teil der gereinigten RNA eine mit Sialinsäure markierte Zuckerbeschichtung.
Anschließend fand das Team die GlycoRNA in jeder Zelle, die es untersuchte – bei Menschen, Mäusen, Hamstern und anderen Zebrafisch – Arten, die durch Hunderte Millionen Jahre Evolution voneinander getrennt sind. Dies deutet darauf hin, dass diese Moleküle möglicherweise eine wichtige biologische Funktion haben, die im gesamten Leben auf der Erde erhalten geblieben ist.
Beim Vergleich der RNA-Stücke von glycoRNA mit RNA-Datenbanken stellten Flynn und Kollegen außerdem fest, dass einige dieser Moleküle mit RNAs übereinstimmen, die mit Krankheiten in Zusammenhang stehen.
„Einige der RNAs, die durch Glykane modifiziert wurden, um GlycoRNA zu bilden, sind seit langem mit Autoimmunerkrankungen verbunden.“ erklärt Bertozzi.
Bisher wurde angenommen, dass diese RNA-Stücke für unser Immunsystem größtenteils unzugänglich sind, da sie sicher in unseren Zellen versteckt sind und erst durch den Zelltod freigesetzt werden.
„Wir fanden heraus, dass sich GlycoRNAs auf der Zelloberfläche befinden, genau wie Proteine und Lipide“, sagte Flynn erzählt Nancy Fliesler im Boston Children's Hospital.
„Das ist spannend, weil es bedeutet, dass GlycoRNAs direkt an der Kommunikation von Zelle zu Zelle teilnehmen können.“ Bisher galt das als tabu für RNAs, von denen man annahm, dass sie auf der Zelloberfläche keine Rolle spielen.“
Wir denken derzeit viel darüber nach, aber Sie könnten sich Szenarien vorstellen, in denen GlycoRNAs parallel zu anderen Zelloberflächen-Biomolekülen wie Glykoproteinen/Lipiden eine Rolle spielen könnten, jedoch mit unterschiedlicher Dynamik, Stabilität oder Konfiguration
— Ryan Flynn (@raflynn5) 17. Mai 2021
Die Fähigkeit von Glykanen, sich direkt an RNA zu binden, erscheint unwahrscheinlich, daher vermutet das Team, dass es ein drittes, sehr kleines Molekül gibt, das als Klebstoff fungiert.
Sie weisen darauf hin, dass nicht alle Glykane Sialinsäure enthalten – die sie zum Nachweis der GlycoRNA verwendeten –, sodass sie wahrscheinlich weitere Arten innerhalb dieser Molekülklasse nicht entdecken konnten.
„Wenn man etwas ganz Neues wie diese GlycoRNAs findet, stellt man so viele Fragen“, sagte Flynn.
Während die Funktionen von GlycoRNAs immer noch ein Rätsel sind, wird ihre Entdeckung hoffentlich bald zu vielen weiteren Antworten führen, möglicherweise über das problematische Immunsystem mancher Menschen.
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Zelle .