Neuer RNAanalyzer3 entschlüsselt Struktur und Motive von RNA

Forschende der Uni Würzburg präsentieren ein neues Tool zur Analyse von RNA-Molekülen: Der RNAanalyzer³ macht deren Strukturen als interaktive Karten sichtbar und ermöglicht die Suche nach bestimmten Motiven.

Die moderne Biologie blickt heute tiefer in die Zellen von Lebewesen als je zuvor. Für einen weiteren technologischen Fortschritt bei der Analyse von Ribonukleinsäuren (RNA) sorgt nun ein Forschungsteam aus der Bioinformatik der Universität Würzburg.

Die Gruppen von Prof. Thomas Dandekar und Prof. Kathi Zarnack haben ein computergestütztes Werkzeug – den RNAanalyzer – so weiterentwickelt, dass sich damit die Motive und die zugehörige Faltung der RNA noch besser untersuchen lassen. Denn die Funktionsfähigkeit der RNA hängt stark von der richtigen Struktur ab. Fehlfunktionen können wiederum zu zahlreichen Krankheiten führen.

Der RNAanalyzer³ und seine Besonderheiten

Das Team aus dem Würzburger Biozentrum stellt das neue Tool, den RNAanalyzer³, im renommierten Fachjournal Nucleic Acids Research vor. Der Zugang zu dem Werkzeug ist frei, so dass Forschende weltweit damit ohne Kostenbarrieren an Lösungen für medizinische Herausforderungen arbeiten können.

Bisherige Computerprogramme untersuchen oft nur einzelne Abschnitte einer RNA. Der RNAanalyzer3 verfolgt hingegen einen ganzheitlichen Ansatz: Er betrachtet nicht nur die Basenabfolge, sondern die gesamte RNA-Struktur mit allen Motiven und stellt das Ergebnis in einen biologischen Zusammenhang.

Das neue Tool funktioniert für alle Lebewesen sowie auch für Viren. Das ermöglicht es Forschenden beispielsweise, ein für Menschen gefährliches Virus direkt mit einem Virus zu vergleichen, das Pflanzen befällt – ohne dabei das Werkzeug wechseln zu müssen. „Das bedeutet eine enorme Zeitersparnis“, erklärt Doktorand Aman Akash, Erstautor der Veröffentlichung.

Ein großer Vorteil für die Arbeit im Labor ist auch die interaktive Visualisierung. Der RNAanalyzer3 stellt die Ergebnisse nicht als unübersichtlichen „Buchstaben-Salat“ aus A, C, G und U dar. Stattdessen erstellt das Programm bunte, anklickbare Landkarten der RNA. „Forschende sehen so sofort, wo der Strang Schleifen bildet oder wo wichtige Kontrollzentren liegen“, sagt Thomas Dandekar, Leiter des JMU-Lehrstuhls für Bioinformatik.

Im Einsatz: Eisenstoffwechsel und Entzündungen

Auch bei der Suche nach bestimmten RNA-Motiven kann das Werkzeug unterstützen, wie die Forschenden an zwei Fallbeispielen zeigen:

• Das FTH1-Gen ist entscheidend für die Speicherung von Eisen. Der RNAanalyzer3 fand darin zielsicher das „IRE-Motiv“. Dieses Kontrollzentrum ist auch medizinisch wichtig: Wenn die Forschung es besser versteht, kann sie besser begreifen, wie Krebszellen dem Körper Eisen „stehlen“, um schneller zu wachsen.

• Das TNF-Gen steuert Entzündungsreaktionen. Das Tool entdeckte zielgenau die „ARE-Motive“ am hinteren Ende des RNA-Strangs. Dieser Bereich ist besonders dicht reguliert und bestimmt, wie stabil die RNA ist.

Präzision durch Logik und große Datenbanken

Die Forschenden nutzen für ihr Programm die Sprache Perl und greifen auf große internationale Datenbanken wie Rfam und miRbase zu. Aus diesen „digitalen Bibliotheken“ holt sich das Tool bekannte Muster, um sie mit neuen Proben zu vergleichen.

„Im Vergleich zu anderen Programmen macht RNAanalyzer3 weniger Fehlvorhersagen, da es Struktur und Kontext kombiniert“, erklärt Kathi Zarnack, Leiterin des JMU-Lehrstuhls für Bioinformatik II und Forschungsgruppenleiterin im Würzburg-Münchener Exzellenzcluster NUCLEATE.

Dabei gibt es klare technische Rahmenbedingungen:

• Die Berechnung der exakten Faltung ist auf Sequenzen bis zu 5.000 Basen begrenzt.
• Die allgemeine Motivsuche funktioniert bei bis zu 20.000 Basen.
• Nutzer:innen können bis zu fünf Sequenzen gleichzeitig analysieren.