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Die Bestimmung der dreidimensionalen Struktur unterschiedlicher
Helikasen hat gezeigt, dass diese aus zwei globulären (kugelförmigen)
Einheiten bestehen, die durch einen Spalt getrennt sind. Es ist aber
bisher unklar, wie die Helikasen die Energie der ATP-Hydrolyse in
Strukturänderungen der Nukleinsäuren umsetzen können. Mit der Methode
des so genannten Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfers ist es
möglich, Abstände zwischen zwei Markern auf der Nanometerskala, also
innerhalb einzelner Helikase-Moleküle, zu bestimmen. Werden Abstände
zwischen mehreren Punkten bestimmt, können Rückschlüsse auf die Form
der Helikase gezogen werden.
Die Forschungsgruppe um Prof. Dagmar Klostermeier konnte so zeigen,
dass eine bakterielle RNA-Helikase normalerweise eine offene Form
einnimmt, in der der Spalt zwischen den globulären Einheiten geöffnet
ist. Erst wenn die Helikase gleichzeitig mit ihrem Zielmolekül, der
RNA, und der Energiequelle, dem ATP, in Wechselwirkung steht,
schliesst sich dieser Spalt, und die Helikase nimmt eine kompakte,
geschlossene Konformation ein. Als Folge dieser ATP-induzierten
Konformationsänderung der Helikase wird die Doppelhelix-Struktur der
RNA verzerrt und ihre Entwindung eingeleitet. Die Spaltung des ATP
durch die Helikase überführt diese wiederum in die offene Form.
Mehrere Zyklen von ATP-induziertem Öffnen und Schliessen der Helikase
führen so zur Entwindung der RNA.
Durch zeitabhängiges Verfolgen des Abstands zwischen zwei
Referenzpunkten auf beiden Seiten des Spalts ist es den Forschenden am
Biozentrum gelungen, das Öffnen und Schliessen der Helikase während
der RNA-Entwindung in Echtzeit zu verfolgen. Damit ist es nun möglich,
diesen molekularen Maschinen bei der Arbeit zuzusehen und so die Rolle
ihrer Bewegungen für die Funktion zu entschlüsseln.
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