RNA zum Leuchten bringen

Fluoreszenz-Light-Up-Aptamere (FLAPs) sind kurze RNA-Sequenzen, die ansonsten schwach fluoreszierende, kleine Farbstoffmoleküle binden und aktivieren. So ermöglichen sie das genetische Tagging von RNAs für Live-Cell-Imaging ohne Protein-Fusionsmarker. Da der Farbstoff erst durch die Bindung an die RNA "angeschaltet" wird, entsteht nur wenig Hintergrundfluoreszenz. Systeme wie Spinach, Broccoli, Mango oder Pepper haben dieses Prinzip in den vergangenen Jahren kontinuierlich weiterentwickelt. RhoBAST ermöglicht darüber hinaus die hochauflösende Beobachtung einzelner RNA-Moleküle in lebenden Zellen.

Struktur aufgeklärt

Um die molekularen Grundlagen dieser besonderen Eigenschaften zu verstehen, bestimmten Wissenschaftler um Ronald Micura vom Institut für Organische Chemie der Uni Innsbruck und Aiming Ren von der Zhejiang University erstmals die Struktur von RhoBAST ohne gebundenen Farbstoff sowie im Komplex mit TMR-DN und verwandten Farbstoffen. Die Ergebnisse wurden nun in Nature Communications veröffentlicht.

Dabei zeigte sich ein überraschend einfacher Mechanismus: RhoBAST besitzt eine invertierte V-förmige Struktur und nimmt den Farbstoff zwischen zwei RNA-Schleifen auf. Bindet der Farbstoff, klappt ein einzelner RNA-Baustein - das Guanosin G38 - von einer nach innen gerichteten Position nach außen und schafft dadurch Platz für den Farbstoff. Strukturgeleitete Mutagenese und biophysikalische Assays (Fluoreszenzspektroskopie, SPR, 2-Aminopurin-Kinetik) belegen, dass dieses dynamische Umklappen einen schnellen Ligandenaustauch und Fluoreszenz-"Blinking"-das Kennzeichen der Super-Resolution-Bildgebung-ermöglicht und damit einen bislang unerkannten Mechanismus aufklärt.

RNA-Bildgebung weiterentwickeln

"Es ist faszinierend, dass eine so kleine lokale Bewegung innerhalb der RNA entscheidend für die besonderen Eigenschaften des gesamten Systems ist", erklärt Ronald Micura. "Das Umklappen eines einzelnen Nukleotids ermöglicht den schnellen Austausch des Farbstoffs und damit das charakteristische Blinken, das für die Superauflösungsmikroskopie entscheidend ist. Dieses Verständnis des molekularen Schaltmechanismus liefert eine Grundlage für die Entwicklung einer nächsten Generation von Werkzeugen zur hochauflösenden Beobachtung von RNA in lebenden Zellen.

Publikation: Tai, X., He, M., Mitteregger, C. et al. Nucleotide flipping correlates with fluorescence activation in the RhoBAST imaging platform. Nat Commun 17, 8927 (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-75573-w