Die De-Zentralisierung des zentralen Dogmas: mRNA-Translation in Raum und Zeit
In einer aktuellen Übersichtsarbeit, die im Journal Molecular Cell veröffentlicht wurde, erörtern Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Hirnforschung, wie die lokale Translation und ihre räumlich-zeitliche Regulierung unser konzeptionelles Verständnis des genetischen Informationsflusses innerhalb einer Zelle (das zentrale Dogma) erweitert haben. Die Autoren geben einen Überblick über die Mechanismen und Moleküle, die an der mRNA-Lokalisierung und -Translation innerhalb subzellulärer Domänen in einer Vielzahl von Zellen und Organismen beteiligt sind.
Eine ursprünglich unveröffentlichte Skizze von Francis Crick aus dem Jahr 1956 (Cobb 2017, https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2003243.g001, Credit: Wellcome Library, London), die einen vorgeschlagenen Informationsfluss in der Biologie zeigt, dargestellt durch durchgezogene und gestrichelte Pfeile. Sie zeigt, dass Informationen von der DNA über die RNA zum Protein fließen können, dass sowohl DNA als auch RNA sich wahrscheinlich selbst replizieren können und dass ein direkter Transfer von DNA zu Protein und RNA zu DNA wahrscheinlich, wenn auch nicht bewiesen ist. Der umgekehrte Weg, ein Fluss von Protein zurück in eine andere Form, wird kühn als unmöglich betrachtet. Das Konzept der lokalisierten Translation erweitert diese eindimensionale Sichtweise, indem es jedem dieser Makromoleküle innerhalb der Zelle räumliche Koordinaten zuweist, die durch eine gefaltete Papierversion eines Neurons dargestellt werden. Während die DNA auf den Zellkern beschränkt ist, können sowohl RNA als auch Proteine überall in der Zelle vorkommen, aber die unidirektionale Abfolge der Ereignisse bleibt unverändert, wie durch die gleichen Pfeile angedeutet.
"In dem Maße, wie unser Verständnis des Zellinneren gewachsen ist, haben wir erkannt, dass die meisten zellulären Vorgänge lokal sind - sie finden an diskreten und identifizierbaren Orten oder Domänen statt", so die Autoren Bourke et al. "Diese zellulären Domänen enthalten die Enzyme, Maschinen und andere Komponenten, die für die Durchführung und Regulierung dieser lokalen Vorgänge notwendig sind.“
In ihrer neuen Übersichtsarbeit, erschienen im Journal Molecular Cell, erörtern die Wissenschaftler die Merkmale eines solchen Vorgangs: die Lokalisierung und Übersetzung von mRNAs innerhalb subzellulärer Kompartimente, die bei verschiedenen Zelltypen und Organismen beobachtet werden. Sie beschreiben die konzeptionellen Vorteile und die "Zutaten" und Mechanismen der lokalen Translation und konzentrieren sich auf die Art und die Merkmale lokalisierter mRNAs, wie sie sich fortbewegen und lokalisiert werden und wie dieser Prozess reguliert wird. Weiterhin bewerten sie das derzeitige Verständnis der Proteinsynthesemaschinen (Ribosomen) und ihres Kaders an regulatorischen Elementen - den Translationsfaktoren.
