Welche Funktion haben essentielle Nukleobasen im katalytischen Mechanismus des Hairpin Ribozyms?

• Antragstellerin: Professorin Dr. Stephanie Kath-Schorr
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 209933141

RNA Katalyse spielt eine bedeutende Rolle in der Prozessierung und Translation von Ribonukleinsäuren. Allerdings ist ihr katalytischer Mechanismus meist unklar. Das Hairpin Ribozym katalysiert die Spaltung von RNA und setzt Fragmente mit einer freien 5’-OH Gruppe und einem 2’-3’ zyklischem Phosphat frei. Im Forschungsprojekt soll untersucht werden, ob der katalytische Mechanismus des Hairpin Ribozyms auf genereller Säure-Base Katalyse durch die essentiellen Nukleobasen A38 und G8 beruht oder ob sie nur eine elektrostatische Stabilisierung des Übergangszustandes bewirken. Die Fragestellung soll durch verschiedene Ansätze untersucht werden. Hierzu werden Hairpin Ribozyme aus chemisch synthetisierten RNA Molekülen zusammengesetzt. Zuerst soll ein Substrat hergestellt werden, bei welchen der 5’-Sauerstoff des zu spaltenden Phosphats durch Schwefel ersetzt wird (5’-PS). Dieses aktivierte Substrat kann ohne generelle Säurekatalyse gespalten werden und Austausch der Säure A38 durch andere Nukleobasen sollte die katalytische Funktion nicht inhibieren. Zweitens erlaubt das 5’-PS Substrat die Untersuchung des pH-Profils der Reaktion unabhängig von der Säure. Ribozyme mit modifizierten Nukleobasen von geringerem pKa an Position G8 könnten zeigen, ob G8 als generelle Base agiert. Ein dritter Schwerpunkt soll auf dem Übergangszustand der Reaktion durch die Untersuchung von kinetischen Isotopeneffekten liegen. Die Kombination von synthetischer Chemie mit den Methoden mechanistischer Enzymologie sollte es ermöglichen, den Mechanismus des Hairpin Ribozyms aufzuklären. Das Verständnis der Katalyse verschiedener Ribozyme ist in mehrfacher Hinsicht wichtig. Sie katalysieren Reaktionen, die für den Metabolismus in heutigen Zellen notwendig sind. Zweitens könnte katalytische RNA entscheidend zur frühen Evolution des Lebens in Form einer RNA Welt beigetragen haben. Zuletzt können Ribozyme als einfache molekulare Katalysatoren mechanistische Einsichten in allgemeine Biokatalyse geben.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor David M. J. Lilley