Riboswitches

Röntgenkamera beobachtet Gen-Schalter in Aktion

„Mix-and-Inject“-Kristallographie funktioniert

Die Untersuchung zeigt, dass das Konzept der „Mix-and-Inject“-Kristallographie funktioniert, wie Chapman betont, der auch Professor an der Universität Hamburg und Mitglied im Hamburger Exzellenzcluster Center for Ultrafast Imaging (CUI) ist. Mit der Konformationsänderung der Aptamere änderte sich die Struktur und Symmetrie des gesamten Kristalls. Das geht nur bei sehr kleinen Kristallen, da größere durch die inneren Spannungen zerbrechen würden, die solche Formänderungen mit sich bringen. Außerdem kann sich nur in sehr kleinen Kristallen das Signalmolekül ausreichend schnell und gleichmäßig verteilen, so dass eine Untersuchung möglich wird. Derartige Nanokristalle erfordern extrem intensive Röntgenblitze zur Analyse, wie sie von Freie-Elektronen-Lasern wie LCLS oder dem European XFEL erzeugt werden, der zurzeit in der Metropolregion Hamburg in Betrieb genommen wird und dessen Hauptgesellschafter DESY ist.

Breitere Beobachtung möglich

„So gut wie alle Proteine, RNA und DNA interagieren mit Liganden oder Substraten und durchlaufen bestimmte Konformationsänderungen bei der Reaktion. Die Möglichkeit, diese Änderungen zu beobachten, ist eine Voraussetzung, um zu verstehen wie Biomakromoleküle ihre Funktion ausführen“, sagt Wang. „Bisher hat man diese Art von Reaktionen indirekt untersucht, bis auf sehr begrenzte Fälle, in denen die Konformationsänderungen sehr klein waren und den Kristall nicht zerbrochen haben. Mit unserer Methode können wir nun die Strukturen und Änderungen in einer viel breiteren Auswahl von biochemischen Wechselwirkungen und Reaktionen in Echtzeit beobachten.“ (idw, red)

Hintergrundinformationen:
An der Studie beteiligt waren das US-Krebsforschungsinstitut sowie weitere US-Gesundheitsinstitute, SLAC, DESY, die Arizona State University, die Johns-Hopkins-Universität, das Hauptmann-Woodward-Institut für medizinische Forschung, das US-Strukturbiologiezentrum und das US-Forschungszentrum Argonne National Laboratory.

Das Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY ist das führende deutsche Beschleunigerzentrum und eines der führenden weltweit. DESY ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft und wird zu 90 Prozent vom BMBF und zu 10 Prozent von den Ländern Hamburg und Brandenburg finanziert. An seinen Standorten in Hamburg und Zeuthen bei Berlin entwickelt, baut und betreibt DESY große Teilchenbeschleuniger und erforscht damit die Struktur der Materie. Die Kombination von Forschung mit Photonen und Teilchenphysik bei DESY ist einmalig in Europa.

Literatur:

J.R. Stagno, Y. Liu, Y.R. Bhandari et al.: Structures of riboswitch RNA reaction states by mix-and-inject XFEL serial crystallography. Nature, 2016; DOI: 10.1038/nature20599