Wie die zelluläre Qualitätskontrolle funktioniert
In allen Körperzellen gibt es einen bestimmten für die Qualitätskontrolle zuständigen Prozess: „Nonsense-mediated mRNA Decay“ (NMD). Dieser Prozess überprüft die Boten-RNAs (mRNA), die die Baupläne für Proteine enthalten. Werden Fehler entdeckt, sortiert die Zelle diese Baupläne aus, bevor daraus unvollständige oder schädliche Proteine entstehen können. Denn diese könnten Krankheiten wie Entwicklungsstörungen oder Krebs auslösen.
Das Team um Professor Niels H. Gehring am Institut für Genetik der Universität Köln sowie Professor Markus Landthaler und Dr. Philipp Mertins vom Max Delbrück Center nutzte nun molekulare Schalter, mit denen sich das Schlüsselmolekül des Prozesses, das Protein UPF1, gezielt und zeitlich genau ausschalten lässt. Dadurch war es erstmals möglich, die Funktion des NMD in menschlichen Zellen in einer bisher nie erreichten Genauigkeit zu beobachten. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift „Molecular Cell“ veröffentlicht.
Markus Landthaler, Scientific Group Leader
Ein zentrales Ergebnis ist eine umfangreiche Datenbank. Hier ist erstmals systematisch festgehalten, welche Gene und Genvarianten direkt vom NMD betroffen sind. Diese Ressource steht weltweit frei zur Verfügung (https://nmdrht.uni-koeln.de) und eröffnet neue Wege für die RNA- und Genomforschung.
Nicht nur Schutz vor Fehlern
„Mit unserem neuen System können wir erstmals sehen, wie schnell und wie umfassend NMD in menschlichen Zellen eingreift. NMD ist damit nicht nur Schutz vor Fehlern, sondern auch ein wichtiger Regulator für die Genaktivität“, sagt Gehring.
Die Wissenschaftler*innen fanden heraus, dass NMD festen Regeln folgt. Wenn der Bauplan für ein Protein ein „Stoppsignal“ an einer falschen Stelle enthält, erkennt die Zelle diesen Fehler und entsorgt den Bauplan. So wird verhindert, dass ein nutzloses oder schädliches Protein entsteht.
„Dank des neuen Systems haben wir viele neue RNA-Varianten gefunden, die durch NMD reguliert werden und bislang übersehen wurden. Darunter auch RNA-Varianten, die an der Gehirnentwicklung beteiligt sind“, ergänzt Dr. Volker Böhm, Erstautor der Studie. „Dass es so viele Varianten gibt, ist überraschend. Die Gründe für diese Vielzahl werden wir in Zukunft genauer untersuchen. Bisher blieben sie verborgen, weil die passenden Analysetechniken fehlten. Unsere Datenbank wird deshalb weltweit ein wichtiges Werkzeug für die Genomforschung sein.“
„Diese Arbeit zeigt eindrucksvoll, wie neue Technologien grundlegende biologische Mechanismen sichtbar machen, die für Gesundheit und Krankheit von großer Bedeutung sind“, sagt Markus Landthaler, ebenfalls Letztautor der Studie.
Universität zu Köln
Die Studie wurde im Sonderforschungsbereich SFB1678 „Systemische Konsequenzen von Fidelitätsänderungen der mRNA- und Proteinbiosynthese“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) durchgeführt und finanziert sowie vom Zentrum für Molekulare Medizin Köln (CMMC) unterstützt.
Weiterführende Informationen
Pressemitteilung der Universität zu Köln
AG Landthaler
Porträt über Markus Landthaler
Proteomics-Plattform, Philipp Mertins
Literatur
Volker Böhm et al. (2025): Rapid UPF1 depletion illuminates the temporal dynamics of the NMD-regulated human transcriptome. Molecular Cell, DOI: 10.1016/j.molcel.2025.08.015
Kontakte
Prof. Dr. Niels Gehring
Institut für Genetik
Universität zu Köln
+49 221 470 3873
ngehring@uni-koeln.de
Prof. Dr. Markus Landthaler
Leiter der Arbeitsgruppe „RNA-Biologie und posttranskriptionale Regulation“
Berliner Institut für Medizinische Systembiologie des Max Delbrück Center
+49 30 9406-3026
markus.landthaler@mdc-berlin.de
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Das Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft legt mit seinen Entdeckungen von heute den Grundstein für die Medizin von morgen. An den Standorten in Berlin-Buch, Berlin-Mitte, Heidelberg und Mannheim arbeiten unsere Forschenden interdisziplinär zusammen, um die Komplexität unterschiedlicher Krankheiten auf Systemebene zu entschlüsseln – von Molekülen und Zellen über Organe bis hin zum gesamten Organismus. In wissenschaftlichen, klinischen und industriellen Partnerschaften sowie in globalen Netzwerken arbeiten wir gemeinsam daran, biologische Erkenntnisse in praxisnahe Anwendungen zu überführen – mit dem Ziel, Frühindikatoren für Krankheiten zu identifizieren, personalisierte Behandlungen zu entwickeln und letztlich Krankheiten vorzubeugen. Das Max Delbrück Center wurde 1992 gegründet und vereint heute eine vielfältige Belegschaft mit rund 1.800 Menschen aus mehr als 70 Ländern. Wir werden zu 90 Prozent durch den Bund und zu 10 Prozent durch das Land Berlin finanziert.
