![[Translate to Deutsch:] Using a newly developed AI model, the research group led by Prof. Alex Schier at the Biozentrum, University of Basel, has now discovered in zebrafish that certain sections of messenger RNA control the extent of protein synthesis during early embryonic development.](/fileadmin/_processed_/3/c/csm_2025_Schier_Dev_Cell_zebrafish_97d48697ce.jpg)
Gene liefern den Bauplan des Lebens und bestimmen, wann und wo Proteine hergestellt werden. Dieser Prozess umfasst zwei wichtige Schritte: die Transkription von DNA zu Boten-mRNA (mRNA) und die Translation, bei der mRNA in Proteine umgesetzt wird. Die Proteine sorgen dann dafür, dass ein Organismus wächst und sich eine grosse Anzahl spezialisierter Zellen entwickelt. Die Forschung konzentrierte sich bislang auf die Regulierung der mRNA-Produktion. Wie die Proteinsynthese reguliert wird – insbesondere in den frühen dynamischen Stadien der Embryogenese – fand bislang weniger Beachtung.
Regulierung der Embryonalentwicklung auf RNA-Ebene
Dr. Madalena Reimão Pinto in der Forschungsgruppe von Alex Schier am Biozentrum der Universität Basel hat nun systematisch den Einfluss bestimmter Regionen von mRNA-Molekülen auf die Menge der Proteinproduktion während der Zebrafisch-Embryogenese untersucht. Ihre Studie zeigt, dass die Regionen am Anfang von mRNAs, sogenannte untranslatierte Regionen (5'-UTRs), allein ausreichen, um die Proteinsynthese in der frühen Embryonalentwicklung zu regulieren.
«Wir wussten, dass mRNA 5'-UTRs die Rekrutierung von Ribosomen, den Proteinfabriken in der Zelle, steuern. Die Untersuchung der Rolle von 5'-UTRs in der Entwicklung ist allerdings technisch sehr anspruchsvoll. Uns ist es nun gelungen zu zeigen, wie sie die Menge der mRNA-Translation in einem sich entwickelnden Embryo beeinflussen», erklärt Reimão Pinto, Erstautorin der Studie, die im Fachjournal «Developmental Cell» veröffentlicht wurde. Die Ergebnisse liefern eine systematische Analyse der Tausenden von 5'-UTRs und ihrer Bedeutung für die Regulierung der mRNA-Translation während der Zebrafisch-Embryogenese.
Aufdecken verborgene Muster mittels Hochdurchsatzanalysen und KI
Die Studie nutzte modernste biochemische Technologien und ein KI-Modell (Danio Optimus 5-Prime), das von Dr. Sebastian Castillo Hair entwickelt wurde, einem Postdoktoranden im Labor von Prof. Georg Seelig an der University of Washington, Seattle. Damit konnten die Forschenden über 18.000 verschiedene 5‘-UTR-Sequenzen analysieren. «Wir haben entdeckt, dass bestimmte Sequenzmuster einen starken Einfluss auf die Proteinproduktion haben», sagt Reimão Pinto.
«Mit unserer umfassenden Analyse ist es gelungen, wichtige regulatorische Elemente in 5‘-UTRs zu identifizieren, die die Dynamik der Proteinsynthese beeinflussen“, erklärt Prof. Alex Schier. „Dazu gehören zum Beispiel die Länge der 5‘-UTRs oder kurze Abschnitte, die die Ribosomenrekrutierung steuern.»
Neue Erkenntnisse über die Kontrolle der Proteinproduktion
Die Studie liefert wertvolle Erkenntnisse über die Kontrolle der Proteinproduktion während der Embryogenese und bietet eine Grundlage für weitere Forschung in diesem Bereich. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Dynamik der Proteinsynthese während der Embryogenese auf der Ebene der 5‘-UTRs reguliert werden kann“, sagt Schier. «Jetzt, da wir wissen, auf welche Elemente in den 5‘-UTRs wir uns konzentrieren müssen, können wir anfangen zu untersuchen, warum sie für die Entwicklung wichtig sind.» Diese Erkenntnisse könnten auch für biomedizinische Anwendungen relevant sein, etwa um 5‘-UTRs für die RNA-Therapie zu optimieren.
Publikation: Madalena M. Reimão-Pinto, Sebastian M. Castillo-Hair, Georg Seelig, Alexander F. Schier. The regulatory landscape of 5′ UTRs in translational control during zebrafish embryogenesis, Developmental Cell, January 15, 2025.
Kontact: Kommunikation, Heike Sacher