Exakte Pol(e)-Position – wo die Polymerase genau verändert wird

Die Inhalte in unserem Erbgut sind eigentlich stumm (das heißt inaktiv) und müssen erst zum „Sprechen“ gebracht werden. Wie der Lesekopf in einem Tonbandgerät fährt die RNA Polymerase II, kurz Pol II, über die DNA (Tonband) und übersetzt die genetische und epigenetische Information in RNA. Damit das Enzym aber nicht wahllos arbeitet, wird es an vielen unterschiedlichen Stellen dynamisch modifiziert, um seine Aktivität situationsbedingt zu steuern.

„An 240 verschiedenen Stellen der Pol II kann durch Phosphorylierung auf die Aktivität dieses Enzyms Einfluss genommen werden“, erklärt Prof. Dirk Eick, Letztautor der Studie und Leiter der Abteilung Molekulare Epigenetik am Helmholtz Zentrum München. Gemeinsam mit Kollegen des Biomedizinischen Zentrums und Genzentrums der Ludwig-Maximilians-Universität München und des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie in Göttingen haben er und sein Team nun eine Methode entwickelt, um alle 240 Stellen in der Pol II zeitgleich zu untersuchen.

„Der Trick ist eine Kombination von genetischen und massenspektrometrischen* Methoden“, verrät Erstautor Dr. Roland Schüller. „Indem wir genetisch veränderte Varianten der betreffenden Regionen herstellen, können wir jede einzelne Phosphorylierungsstelle per Massenspektrometer untersuchen.“ Das erlaubte den Forschern nun, exakt festzustellen an welcher Position bestimmte Enzyme, die die Phosphorylierung beeinflussen, genau wirken. Darüber hinaus war es den Wissenschaftlern möglich, die Pol II Modifikationsmuster beim Menschen und bei der Hefe zu vergleichen.

„Die Regulation der Transkription von Genen durch Pol II ist ein elementarer Prozess des Lebens und jedwede Abweichungen in der Genregulation sind die Grundlage vieler menschlicher Erkrankungen“, ordnet Studienleiter Eick die Arbeit ein. „Die Erforschung der Phosphorylierungsmuster zu bestimmten Zeitpunkten während des Transkriptionszyklus ist daher eine Voraussetzung, um in Zukunft die grundlegenden Mechanismen der Genregulation auf Transkriptionsebene zu verstehen.“

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Hintergrund
* Die Massenspektrometrie ist ein Verfahren, was es erlaubt die Masse von winzigen Molekülen zu bestimmen. Dazu wird die zu untersuchende Substanz in die Gasphase überführt und elektrisch aufgeladen. Durch diese Ladung können die Moleküle (oder kleinere Fragmente) durch ein elektrisches Feld beschleunigt werden, an dessen Ende ihr eintreffen gemessen wird. Jedes Molekül hat abhängig von der Masse eine ihm eigene Flugzeit nach der man die Substanzen sortieren kann.

Original-Publikation:
Schüller, R. et al. (2015). Heptad-specific Phosphorylation of RNA Polymerase II CTD, Molecular Cell
DOI: 10.1016/j.molcel.2015.12.003
http://www.cell.com/molecular-cell/abstract/S1097-2765%2815%2900937-5

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