Ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung der Freien Universität hat die Erforschung des wichtigen Spurenelements Selen vorangebracht. Es gelang den Wissenschaftler*innen zu zeigen, wie Selenocystein in die Proteine von Eukaryoten eingebaut wird. Mittels hochaufgelöster Kryoelektronenmikroskopie gelang es dem Team mit Beteiligung auch der Charité – Universitätsmedizin Berlin und des Max-Planck-Instituts für Molekulare Genetik sowie der Rutgers Universität, New Jersey, USA und der Universität Illinois, Chicago, USA, die ersten Schritte der Selenoproteinsynthese zu visualisieren. Durch die in der renommierten Fachzeitschrift Science veröffentlichte Studie wird erstmals aufgezeigt, wie das eukaryotische Ribosom während der Selenoproteinsynthese umprogrammiert wird, um den Einbau der 21. proteinogenen Aminosäure Selenocystein zu vermitteln.

„Unsere 3D-Rekonstruktionen zeigen, dass essenzielle Faktoren der Selenoproteinsynthese ein umfangreiches Netzwerk von Interaktionen am Ribosom ausbilden und dabei ribosomale Elemente direkt einbeziehen“, sagt Erstautor Dr. Tarek Hilal, Forscher am Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie und der Core Facility „BioSupraMol“ der Freien Universität Berlin. „Dabei wirken hochspezifische Proteine, eine Selenocysteinyl-tRNA und ein Selenocystein spezifisches regulatorisches RNA-Element zusammen, um das Ribosom auf die Selenoproteinsynthese einzustellen.“ Das Spurenelement Selen ist essenziell für die menschliche Gesundheit und in Form der Aminosäure Selenocystein ein elementarer Baustein der Proteine diverser Lebewesen. Im Menschen sind 25 sogenannte „Selenoproteine“ bekannt, die bei vielfältigen Prozessen beteiligt sind, etwa der Schilddrüsenhormonsynthese, der Entgiftung von Radikalen oder der Immunabwehr. Störungen des Selenhaushalts stehen im Verdacht, schwerwiegende Krankheiten wie Diabetes oder Krebs zu begünstigen; genetische Defekte bei der Selenoproteinsynthese können sich bereits während der embryonalen Entwicklung tödlich auswirken. „Unsere Studie setzt die in langjähriger Forschung untersuchten einzelnen Mosaiksteine zu einem überraschenden Gesamtbild zusammen“, konstatiert Tarek Hilal. „Wir konnten fundamentale Unterschiede der Selenoproteinsynthese von Menschen und Bakterien aufzeigen und hoffen damit den Grundstein zur Entwicklung neuer Therapien selenabhängiger Krankheiten zu legen.

Onlinepublikation:

Hilal, T., Killam, B. Y., Grozdanović, M., Dobosz-Bartoszek, M., Loerke, J., Bürger, J., Mielke, T., Copeland, P. R., Simonović, M., & Spahn, C. M. T. (2022). Structure of the mammalian ribosome as it decodes the selenocysteine UGA codon. Science, 376(6599), 1338–1343.

https://doi.org/10.1126/science.abg3875

Kontakt:

Tarek Hilal, PhD, Freie Universität Berlin, Institut für Chemie und Biochemie, Forschungszentrum für Elektronenmikroskopie und Core Facility BioSupraMol und Labor für Strukturbiochemie, Berlin, Deutschland, Telefon: +49 30 838 650 99, E-Mail: tarek.hilal@fu-berlin.de