Eine Geschichte der Koevolution

In einer neuen Studie zeigt die Gruppe um Tuğçe Aktaş am Max-Planck-Institut für molekulare Genetik (MPIMG), dass bestimmte Kondensate im Zellkern, die sogenannten „Nuclear Speckles“, eine entscheidende Rolle bei der Verarbeitung von RNA spielen. Diese RNA stammt bevorzugt aus den besonders genreichen Regionen des Genoms. Mit diesen Erkenntnissen liefert das Team eine Antwort auf die seit Langem bestehende Frage nach der eigentlichen Funktion dieser nuklearen Strukturen. Die Forschungsarbeit entstand in enger Kooperation mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des La Jolla Institute for Immunology (USA) sowie der Universität Kyoto in Japan.

Das Problem mit Kernsprenkeln

Seit der Aufkunft der Lichtmikroskopie stellten die winzigen Sprenkel im Zellkern die Forschung vor Rätsel und wurden erst Mitte des 20. Jahrhunderts als eigenständige Einheiten anerkannt. Obwohl moderne Methoden ihre Zusammensetzung enthüllten, blieb ihre genaue Rolle umstritten.

„Grob gesagt gab es in diesem Forschungsbereich zwei unterschiedliche Ideen“, sagt Tuğçe Aktaş. „Einige Forschende gingen davon aus, dass es sich um einen Regulationsknotenpunkt für die Genexpression handelt, da diese Sprenkel viele Proteine für Transkription und RNA-Verarbeitung enthalten. Andere glaubten, dass diese Moleküle lediglich in den Sprenkeln gespeichert werden, bis sie benötigt werden, und dass sie keine funktionellen Einheiten sind.“

Um die Funktion zu klären, ist es in der Molekularbiologie üblich, Strukturen zu entfernen und die Folgen zu beobachten – ein Vorhaben, das bei den Speckles aufgrund ihrer Komplexität lange scheiterte. „Sie enthalten Hunderte von Proteinen und es war unklar, welche davon den Kern dieser Kondensate bilden“, erklärt Michal Malszycki.

Die Funktionen von Nuclear Speckles

Nachdem das Labor von Tuğçe Aktaş im Jahr 2020 die Gerüstproteine SON und SRRM2 identifiziert hatte, gelang es dem Team nun, die Nuclear Speckles gezielt aufzulösen und ihre Rolle zu entschlüsseln. „Dadurch können wir nun zeigen, dass sie eine klare Funktion haben und nicht nur Speicher sind”, sagt Aktaş. Die Forschenden brachten die Speckles erstmals mit GC-reichen Isochoren in Verbindung – DNA-Abschnitten, die besonders viele Gene enthalten. „Diese GC-reichen Regionen sind dicht mit Genen besetzt, und die aus ihnen produzierte Boten-RNA ist schwer zu spleißen“, erklärt Lisa Martina. „Wir können nun zeigen, dass Speckles notwendig sind, um diese dicht gepackte Genarchitektur richtig zu verarbeiten.“ Zudem verhindern sie in Zusammenarbeit mit Ferhat Ay (LJI) zufällige Chromatinbewegungen.

Vergleichende Analysen mit Zelllinien anderer Spezies, ermöglicht durch Cantas Alev (Kyoto), zeigten, dass diese Strukturen spezifisch in Amnioten wie Vögeln und Säugetieren vorkommen, während sie bei Fischen fehlen. „Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, dass sich Speckles und die GC-reichen Isochoren in der Evolution gemeinsam entwickelt haben könnten. Warum Isochoren existieren oder welchen Vorteil eine solche Genarchitektur bietet, ist nach wie vor umstritten. Unsere Ergebnisse werfen jedoch wichtige Fragen zur Entwicklung von Speckles und ihrer Rolle bei anderen Spezies auf, denen wir nun weiter nachgehen werden“, sagt Ibrahim Ilik.

Kernsprenkel im Kontext von Krankheiten

Mutationen in den Kernproteinen der Speckles stehen häufig im Zusammenhang mit seltenen Erkrankungen, während neuere Studien zudem Veränderungen in ihrer Zusammensetzung und Morphologie bei Krebserkrankungen belegen. Ein präzises Verständnis der biophysikalischen Eigenschaften dieser Strukturen verspricht daher essenzielle Einblicke in diverse Krankheitsmechanismen. Als biomolekulare Kondensate werden Speckles verstärkt mit zentralen Zellfunktionen und pathologischen Prozessen verknüpft. „Es gab viele Ideen darüber, welche Funktion Speckles haben könnten, und es ist sehr spannend, dass wir sie eindeutig mit der Verarbeitung der GC-reichen, von Isochoren abgeleiteten RNA in Verbindung bringen können. Meines Wissens hat noch niemand ein Kondensat im Zellkern beschrieben, das speziell so große Bereiche des Genoms beeinflusst“, sagt Aktaş.

Quelle

Max-Planck-Institut für molekulare Genetik (02/2026)