Een team van onderzoekers van het Instituut voor Biochemie van de Universiteit van Münster ontdekte dat ze met behulp van zogenaamde FlashCaps de translatie van mRNA door middel van licht konden sturen. De resultaten zijn gepubliceerd in Nature Chemistry .

DNA (deoxyribonucleïnezuur) is een lange keten van moleculen die is samengesteld uit vele afzonderlijke componenten en vormt de basis van het leven op aarde. De functie van DNA is om alle genetische informatie op te slaan. De vertaling van deze genetische informatie in eiwitten - die een organisme nodig heeft om te functioneren, zich te ontwikkelen en zich voort te planten - vindt plaats via mRNA (messenger ribonucleic acid). Het DNA wordt getranscribeerd naar mRNA en het mRNA wordt op zijn beurt vertaald in eiwitten (eiwitbiosynthese). Met andere woorden, het mRNA fungeert als informatiedrager. Biochemici van de Universiteit van Münster hebben nu een nieuw biochemisch hulpmiddel ontwikkeld dat met behulp van licht de translatie van RNA kan sturen. Deze zogenaamde FlashCaps stellen onderzoekers in staat om verschillende processen in cellen zowel ruimtelijk als temporeel te sturen en zo de basisfuncties van eiwitten te bepalen.

Achtergrond en gebruikte methode

De functies van een cel zijn afhankelijk van speciale moleculen:de enzymen. Enzymen zijn eiwitten die betrokken zijn bij chemische reacties in de cel. Ze helpen bij het synthetiseren van stofwisselingsproducten, het maken van kopieën van DNA-moleculen, het voorbereiden van energie voor de activiteiten van een cel, het modificeren van het DNA en het afbreken van bepaalde moleculen. Om een ​​tool te ontwikkelen waarmee wetenschappers niet alleen kunnen bepalen welke enzymen welke functies vervullen, maar ook wat er gebeurt als deze alleen in bepaalde gebieden worden geactiveerd, heeft het team van onderzoekers onder leiding van prof. Andrea Rentmeister van het Instituut voor Biochemie van de Universiteit van Münster gebruikte chemisch gesynthetiseerde FlashCaps. FlashCaps zijn uitgerust met een zogenaamde fotolabiele beschermende groep - chemische groepen die kunnen worden verwijderd door bestraling met licht - en worden tijdens de RNA-synthese in het mRNA opgenomen.

Het bijzondere aan deze strategie is dat hier, in tegenstelling tot andere onderzoeken, geen wijziging van de mRNA-sequentie hoeft plaats te vinden. Het enige dat nodig is, is de opname van een klein molecuul (de FlashCap) om de translatie van een lang mRNA bijna volledig te blokkeren. Na bestraling met licht is er een terugkeer naar het natuurlijke mRNA - zonder enige modificatie. "Door onze FlashCaps te gebruiken", legt Nils Klöcker, een van de hoofdauteurs van de studie en een Ph.D. student aan het Instituut voor Biochemie, "is het nu voor elk laboratorium ter wereld mogelijk om elk interessant mRNA met licht te activeren zonder extra stappen."

Door middel van uitgebreide organisch-chemische synthese kon het team van Münster-onderzoekers de FlashCaps ontwikkelen, een molecuul voor het regelen van mRNA-translatie door middel van licht. Ze toonden aan dat deze strategie de translatie effectief remt en, na bestraling met licht in cellen, opnieuw activeert. Het verschil tussen deze aanpak en andere strategieën is niet alleen dat de FlashCaps door elk laboratorium kunnen worden gebruikt - zonder dat speciale expertise of speciale protocollen of aanpassingen nodig zijn - maar ook dat het mRNA, na bestraling, in zijn natuurlijke structuur bestaat, die maakt het gemakkelijker om natuurlijke processen in cellen te bestuderen.

De onderzoekers lieten in hun werk zien dat ze met FlashCaps in staat zijn om met behulp van licht de translatie van mRNA succesvol te sturen. Ze toonden dit aan voor vier verschillende mRNA's in twee verschillende cellijnen. "Dit betekent een aanzienlijke vooruitgang bij het in staat stellen van andere onderzoekers om ruimtelijke en temporele controle te hebben over de vertaling van het mRNA dat ze onderzoeken", zegt Florian Weissenböck, eveneens van het Instituut voor Biochemie. "FlashCaps hebben het potentieel om het scala aan methoden die in elk mRNA-lab worden gebruikt, uit te breiden." + Verder verkennen

Het creëren van mRNA met een volledig chemisch proces kan aangepaste mRNA-vaccins mogelijk maken