Vier Bausteine – A, T, G und C – benötigt die DNA, um die genetische Information zu speichern. Damit diese Information jedoch ihre Wirkung im Organismus entfalten kann, muss sie in Proteine, die Arbeits- und Funktionsstoffe der Zelle, übersetzt werden. Dabei kodieren jeweils drei aufeinander folgende DNA-Bausteine – ein Codon – für eine bestimmte Aminosäure des Proteins.

Als Produktionsstätten der Proteine dienen die Ribosomen. Hierher gelangt die in der DNA enthaltene Information in Form der Boten-RNA (mRNA), während L-förmige Moleküle, die transfer- oder tRNAs, die benötigten Aminosäuren herbeischaffen. Über ein passgenaues Basen-Triplett – das Anticodon – paart sich die tRNA mit dem Codon der an das Ribosom gebundenen mRNA, sodass die mitgelieferte Aminosäure mit dem entstehenden Proteinfaden verknüpft werden kann.

Dabei ist entscheidend, dass das Ribosom das richtige Leseraster auf der Nukleinsäurekette der mRNA erkennt und einhält. Genau wie der Satz "die-kuh-kam-auf-die-alm " zu dem sinnlosen "die-kuhk-ama-ufd-iea-lm " wird, wenn sich das Leseraster nur um eine Stelle verschiebt, verliert auch die Information der mRNA auf diese Art ihre Bedeutung.

Bereits seit langem kennen Wissenschaftler zwei tRNA-Bindestellen (A + P) am Ribosom, welche die Bindung der tRNA und das Ablesen der mRNA gewährleisten. Knud Nierhaus vom Max-Planck-Institut für molekulare Genetik in Berlin konnte nun zusammen mit seinen Kollegen die Funktion einer dritten, ebenfalls universell vorhandenen Bindungsstelle (E-Stelle) aufklären, welche die Forscher bereits 1980 entdeckt hatten.

Wie die Wissenschaftler jetzt herausfanden, muss die mRNA über die Anticodons zweier benachbarter tRNAs auf dem Ribosom verbunden sein, um das Leseraster einzuhalten. Verschieben sich die tRNAs um eine Codonlänge im Ribosom, dann wandern sie von der A- in die P- und von der P- in die E-Stelle und ziehen dabei die mRNA mit sich mit. Dabei bleiben die Codon-Anticodon-Brücken zwischen tRNAs und mRNA erhalten, um ein Verrutschen der mRNA und damit eine Verschiebung des Leserasters zu vermeiden.

Sobald sich eine tRNA von der E-Bindungsstelle löst, bindet gleichzeitig eine neue tRNA an die wieder frei gewordene A-Stelle, sodass sich während der Proteinsynthese immer mindestens zwei tRNAs auf dem Ribosom befinden. Entfernt sich jedoch die tRNA vorzeitig aus der E-Stelle des Ribosoms, dann kommt es häufig zum "frame shift" – die abgelesene tRNA rückt um eine Position auf der mRNA weiter, das Leseraster geht verloren. Bleibt dagegen die mRNA über zwei Anticodons verankert, verliert das Ribosom weniger als einmal bei 30 000 Übersetzungsschritten spontan den Leserahmen.

Die Aufklärung dieses Mechanismus zur Erhaltung des Leserahmens gelang den Berliner Forschern über einen Umweg. Bereits seit längerem wussten sie, dass beispielsweise der bakterielle Proteinsynthese-Faktor RF2 eine gezielte Verschiebung des Leserasters am 26. Codon benötigt. Nierhaus und seine Kollegen konnten zeigen, dass auch hier alle drei Bindungsstellen aktiv an der Übersetzung der mRNA beteiligt sind. Allerdings wird hier die tRNA an der E-Bindungsstelle gezielt verdrängt, indem das 26. Codons in die A-Stelle einrückt. Diese Verdrängung erfolgt mittels einer "Shine-Dalgarno"(SD)-Sequenz, die an einen definierten Teil des Ribosoms, dem Anti-SD, bindet.

Praktisch jede bakterielle mRNA enthält solch eine SD-Sequenz. Üblicherweise befindet sie sich vor dem Codon für die erste A-Bindungsstelle einer mRNA und sorgt dafür, dass die mRNA richtig innerhalb des Ribosoms positioniert wird. Die RF2-mRNA besitzt eine zweite SD-ähnliche Sequenz vor dem 26. Codon. Wenn diese an das Ribosom bindet, überlappt sie sich mit der E-Bindungsstelle und verdrängt die dort gebundene tRNA. Dadurch erhält die mRNA Bewegungsfreiheit, und die erforderliche Leserasterverschiebung kann stattfinden.