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Fokus Forschung: Mit Bäckerhefe RNA-Strukturen verstehen

Fokus Forschung: Mit Bäckerhefe RNA-Strukturen verstehen

Forschung, Nachwuchsforschung, NWK

Forscher Nachwuchs | Anne Winkler forscht an der Metallionen-abhängigen Faltung eines ribosomalen Tertiärkontaktes

Portraitbild Anne Winkler
Anne Winkler

„Entdecke Licht neu: Verbessere die Diagnostik, erforsche die Welt der Moleküle und entschlüssele mit Licht die Natur.“ Mit diesem Slogan wirbt unsere Hochschule Mittweida für die neue Vertiefungsrichtung Biophotonik im Bereich Lasertechnik/Physikalische Technik.

Im Feld der Biophotonik untersucht Anne Winkler in der Forschungsgruppe von Prof. Richard Börner die Faltung und die thermodynamische Stabilität tertiärer Kontakte der ribosomalen RNA mittels optischer Spektroskopie. Ziel ist es den Reifungsprozess von Ribosomen im Modellorganismus, der Bäckerhefe, zu verstehen. Ribosomen sind zelluläre Maschinen, die zur Herstellung von Proteinen für alle lebenden Organismen essentiell sind. Innerhalb des RNA-Konstruktes können sich RNA-Tertiärkontakte ausbilden, die notwendig für die Stabilisierung der nativen, dreidimensionalen RNA-Struktur sind und somit als nicht-kodierende RNA in Form eines Ribozyms oder Riboschalters biologische Funktionen umsetzen können.

Der Fokus dieser Arbeit liegt auf den strukturellen Besonderheiten, den thermodynamischen Eigenschaften sowie dem Einfluss von Metallionen wie Kalium(I) und Magnesium(II) auf die Stabilität der ribosomalen RNA. Dabei soll der in Zürich von der Arbeitsgruppe von Vikram Govind Panse entdeckte RNA-Tertiärkontakt aus kissing loop und GAAA-tetraloop mittels Förster Resonanz Energietransfer (FRET) und thermischen Schmelzstudien untersucht werden. FRET ermöglicht als abstandsabhängiger Energietransfer von einem Donor- zu einem Akzeptorfarbstoff gebunden an der RNA, die dynamische Betrachtung des RNA-Faltungsprozesses in Abhängigkeit von äußeren Parametern wie der Metallionenkonzentration oder der Temperatur zu untersuchen.

Gerhardy et al.[1] zeigten bereits, dass innerhalb des 60s-prä-Ribosoms unter definierten Metallionenkonzentrationen tertiäre Kontakte zwischen dem kissing loop (H22-H88) und dem GAAA-tetraloop (H68) sichtbar werden. Ziel ist es nun, diese RNA-Struktur auch temperaturabhängig zu verstehen. Die Ergebnisse helfen nicht nur die Ribosomenfaltung bei verschiedenen Temperaturen in vitro zu charakterisieren sondern auch generelle Aussagen über Tertiärkontakte in nicht-kodierenden RNAs zu machen, die wiederum helfen neue RNA Strukturen de novo zu designen und potentiell künstlich herzustellen.

Zur Person

Anne Winkler entschied sich nach ihrem Abitur zum Bachelorstudium im Bereich Biotechnologie an der Hochschule Mittweida. Nach erfolgreichem Abschluss ihres Bachelorprojekts am OncoRay des Universitätsklinikums Carl Gustav Carus in Dresden zum Thema "microRNA als Biomarker für Patienten mit lokal-fortgeschrittenen Rektumkarzinomen", strebte sie ein Masterstudium an. Dieses absolvierte sie ebenfalls an der Hochschule Mittweida im Bereich Molekularbiologie/Bioinformatik. Mit dem Beginn ihres Forschungsmoduls trat sie der Forschungsgruppe von Prof. Richard Börner am Laserinstitut Hochschule Mittweida bei. Seit Anfang 2020 beschäftigt sie sich mit RNA-Faltung und optischer Spektroskopie. So absolvierte sie ebenfalls ihr Masterprojekt in diesem Feld und konnte dieses mit dem Thema "Characterization of metal ion dependent binding and folding of a ribosomal tertiary contact by optical spectroscopy" erfolgreich abschließen.

Neben dem Studium engagiert sich Anne Winkler ehrenamtlich bei der DKMS und dem Technikum Mittweida Motorsport Team der Hochschule Mittweida.

Besonderer Dank gilt Prof. Richard Börner für die Übernahme der Betreuung dieser Arbeit, sowie Prof. Röbbe Wünschiers und Sandra Feik für die wissenschaftliche Beratung. Großen Dank an die Forschungsgruppe von Vikram Govind Panse aus Zürich für die enge Zusammenarbeit und die einhergehende Bereitstellung von RNA-Probenmaterial.

Literaturverzeichnis

[1] Gerhardy, S.; Oborská-Oplová, M.; Gillet, L.; van Nues, R.; Börner, R.; Leitner, A.; Michel, E.; Petkowski, J.; Sigel, R. K. O.; Grannemann, S.; Aebersold, R. & Panse, V. G.: Vorläufiger Titel „Puf6 ushers correct rRNA compaction during ribosome assembly“, eingereichtes Manuskript (2021)

Text und Grafiken: Anne Katrin Winkler
Foto: Hochschule Mittweida