RNAFaltungen

RNAFaltungen bezeichnet den Prozess, bei dem RNA-Moleküle ihre funktionellen dreidimensionalen Strukturen annehmen. Die Faltung ergibt sich aus der Basenpaarung innerhalb der Nukleotidsequenz, aus sterischen Anforderungen und aus Umgebungsparametern wie Ionenstärke und Mg2+-Konzentration. Zielstruktur ist oft die minimale freie Energie unter den gegebenen Bedingungen.

Auf Ebene der Sekundärstruktur bilden sich Stäbchen (Stämme), Schleifen, Bulges und Pseudoknoten durch Watson-Crick- und Wobble-Basenpaarungen. Die Tertiärstruktur ergibt sich durch räumliche Anordnungen dieser Elemente, einschließlich längerreichender Kontakte, Wasserstoffbrücken, Metallionenbindungen und hydrophober Wechselwirkungen. Pseudoknoten sind häufige Motive, die funktionale Geometrien ermöglichen, treten jedoch in der Vorhersage als Herausforderung auf.

Faltungswege können kinetisch geprägt sein. Neben der energetischen Minimierung spielen Co-Transkriptionsfaltung, Temperaturwechsel und intermolekulare Helfer eine Rolle. RNA-Chaperone und Proteine unterstützen teilweise beim Umlagern von Strukturen oder beim Verhindern falscher Faltungen. Die Faltung ist dynamisch; Strukturanpassungen erfolgen oft wandelbar, um Interaktionen mit Liganden, Proteinen oder anderen RNAs zu ermöglichen.

Biologische Bedeutung zeigt sich in Ribozymen, Riboswitches, tRNA, rRNA sowie in klein RNAs wie miRNA/siRNA. Strukturgenauigkeit bestimmt Katalyse, Genregulation, Erkennung durch Proteine und Stabilität der RNA. Experimentelle Ansätze umfassen chemische Strukturprobe (z. B. SHAPE, DMS), Nukleinsäure-Fragmentierung und hochauflösende Methoden wie X-raykristallografie, NMR oder Cryo-EM. Computergestützt werden Faltungsvorgänge mit dynamischen Programmen (z. B. Energie-Minimierung, Nussinov-Algorithmen) und Tools wie ViennaRNA oder Mfold modelliert. Herausforderungen bleiben Vorhersage von Tertiärstrukturen, Pseudoknoten und realistischen Kinetik-Modellen.