Diese kleinen Strukturen wirken wie schützende Kappen: Sie verhindern, dass sich unsere DNA bei der Zellteilung beschädigt. Doch bei jeder Teilung verkürzen sich die Telomere ein wenig. Werden sie zu kurz, verliert die Zelle ihre Fähigkeit, richtig zu funktionieren, was mit Alterung und mehreren Krankheiten, einschließlich einiger Krebsarten, in Verbindung gebracht wird.
Um diesen Prozess zu verlangsamen, verfügen die Zellen über ein entscheidendes Werkzeug: die Telomerase. Dieses Enzym hat die Aufgabe, die Telomere zu reparieren und zu verlängern und trägt so dazu bei, die Gesundheit der Zellen zu erhalten. Ihr Funktionsweise besser zu verstehen, ist daher ein wichtiges Ziel der Altersforschung.
In einer in der Zeitschrift Science, Cryo-electron microscopy structure of the budding yeast telomerase holoenzyme veröffentlichten Studie ist einem internationalen Forscherteam, bestehend aus Raymund Wellinger, Professor-Forscher an der FMSS der Universität Sherbrooke, Pascal Chartrand, Professor an der Universität Montreal, und Thi Hoang Duong Nguyen vom Laboratory of Molecular Biology, eine Meisterleistung gelungen: zum ersten Mal die atomare Struktur der Telomerase der Hefe zu identifizieren. Dieser Organismus mag dem Menschen fern erscheinen, ist jedoch ein bevorzugtes Modell in der Biologie, da viele grundlegende Mechanismen unseren eigenen ähneln.
Mithilfe einer hochmodernen Bildgebungstechnologie entdeckte das Forscherteam, dass die Telomerase der Hefe eine sehr komplexe architektonische Struktur aufweist. In ihrem Zentrum befindet sich ein langes Stück RNA, das als Gerüst wirkt und zahlreiche Proteine zusammenhält. Einige gehören zum sehr stabilen Kern, der für die Aktivität des Enzyms essentiell ist, während andere flexibler angebunden sind, was dem Ganzen eine große Beweglichkeit verleiht.
Über die Entdeckungen rund um die Rolle der RNA hinaus zeigen die Ergebnisse der Studie, dass das Protein Est3, ein kleiner, bisher wenig bekannter und für die Telomerase spezifischer Faktor, eine zentrale Rolle als Plattform für Protein-Protein-Wechselwirkungen spielt und die gesamte Telomerase stabilisiert. Die Störung der Wechselwirkungen von Est3 mit anderen Faktoren wie Est2 und Pop1 führt zu einer Verkürzung der Telomere und einer beschleunigten Alterung der Zellen, was die funktionelle Bedeutung dieser Kontakte zeigt. Die Struktur bestätigt auch, dass Est3 ein struktureller Homolog eines menschlichen Telomerproteins ist, das Teil der Telomere ist.
EST3
Schließlich erleichtert ein Unterkomplex aus drei Proteinen namens Pop1/6/7, der mit Enzymen der RNA-Reifung geteilt wird, über kombinierte RNA-Protein-Wechselwirkungen die Assoziation von drei für die Funktionen der Telomerase essentiellen Proteinen. Bemerkenswerterweise identifizierte das Forscherteam eine spezifische Schleife von Pop1, die für die Aufrechterhaltung der Telomere notwendig, aber für die RNA-Reifung entbehrlich ist. Dies zeigt, dass Pop1 eine echte Untereinheit der Telomerase mit einer für Telomere spezifischen Funktion ist.
Über die Hefe hinaus ermöglichen diese Ergebnisse ein besseres Verständnis dafür, wie sich die Telomerase zusammensetzt und funktioniert, selbst wenn sie auf einer langen, flexiblen und komplexen RNA basiert. Diese aufgedeckten Prinzipien könnten auf die Telomerase anderer Arten, aber auch auf andere zelluläre Strukturen, die lange RNA-Moleküle enthalten, anwendbar sein. Die Studie zeigt schließlich, wie im Laufe der Evolution je nach Art unterschiedliche Organisationsformen entstanden sind, während eine wesentliche Funktion erhalten blieb: die DNA zu schützen und das reibungslose Funktionieren der Zellen zu gewährleisten - eine zentrale Frage des Alterns und der damit verbundenen Krankheiten.