SPP 1258:  Sensory and regulatory RNAs in Prokaryotes

• Fachliche Zuordnung: Medizin ; Biologie ; Chemie ; Physik
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 22465846

Eine der faszinierendsten Entwicklungen in der gegenwärtigen Biologie ist die Entdeckung einer rasch wachsenden Zahl von regulatorischen RNA-Molekülen. Das zentrale Dogma der Molekularbiologie besagt, dass die genetische Information von der DNA über die RNA zum Protein weitergeleitet wird. Entsprechend glaubte man, dass Proteine die wesentlichen strukturellen, katalytischen und auch regulatorischen Funktionen in einer Zelle übernehmen. Dieses Konzept wurde jedoch zunehmend in Frage gestellt, nachdem eine Vielzahl regulatorischer RNAs entdeckt wurde, die an der Kontrolle wichtiger physiologischer Prozesse beteiligt sind.
Zum einen sind in den letzten vier Jahren eine enorme Zahl nichtkodierender kleiner RNAs (sRNAs) beschrieben, aber nur in wenigen Fällen genauer untersucht worden. Sie binden hochspezifisch an mRNAs oder Proteine und modulieren deren biologische Aktivität. Solche sRNAs können ganze Signalketten in zellulären Adaptations- und Differenzierungsprozessen steuern, den Virulenzstatus pathogener Bakterien bestimmen oder als echte "Masterregulatoren" der globalen Transkription wirken. Zum anderen stellte sich heraus, dass bestimmte RNA-Moleküle auch selbst als Sensor von physiologischen Veränderungen agieren. Erst vor wenigen Jahren entdeckte Riboschalter (Riboswitche) in bakteriellen mRNAs binden direkt und hochspezifisch wichtige zelluläre Metabolite. Dadurch ausgelöste Konformationsänderungen stellen die Expression der kontrollierten Gene entweder an oder aus. RNA-Thermometer arbeiten nach dem gleichen Prinzip, reagieren aber nicht auf chemische Signale, sondern auf intrazelluläre Temperaturänderungen, um die Expression von Stress- und Virulenzgenen zu kontrollieren.
Im Schwerpunktprogramm wollen wir anhand von ausgewählten Modellorganismen folgende zentrale Fragen beantworten: Wie viele regulatorische RNAs besitzen Prokaryoten? Welche generellen strukturellen und funktionellen Merkmale lassen sich erkennen? Wie erreichen regulatorische RNAs ihre hohe Spezifität bei der Bindung von Zielmolekülen, seien es mRNAs, Proteine oder Metabolite? In welchem Umfang greifen die RNAs in die Kontrolle des zellulären Stoffwechsels ein? Wie wichtig sind sie für das Überleben unter verschiedenen Umweltbedingungen? Wo liegt das biotechnologische Potenzial von Riboschaltern? Weshalb benutzen Zellen regulatorische RNAs anstatt Proteine?

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Internationaler Bezug: Österreich, Polen

Projekte

• A conserved small RNA in the RpoS regulon (Antragsteller Vogel, Jörg )
• Central project: Deep sequencing as a tool for prokaryotic RNA research (Antragsteller Vogel, Jörg )
• Characterization of small regulatory RNAs with a putative function in the virulence of Xanthomonas campestris pv. vesicatoria (Antragstellerin Bonas, Ulla )
• Computational Detection of Bacterial ncRNAs and their Targets (Antragsteller Backofen, Rolf ;  Stadler, Peter Florian )
• Elucidation of novel regulatory mechanisms employed by small noncoding RNAs from B. subtilis and identification of RNA chaperones involved in these mechanisms (Antragstellerin Brantl, Sabine )
• Folding of the FMN dependent riboswitch (Antragstellerin Müller, Sabine )
• Functional analysis of selected sRNAs potentially involved in nitrogen and / or general stress response in the archaeon Methanosarcina mazei Gö1 (Antragstellerin Schmitz-Streit, Ruth Anne )
• GlmY and GlmZ: A regulatory cascade composed of two small RNAs (Antragsteller Görke, Boris )
• Identification and function of regulatory RNA in the phototropic model organism Synechocystis sp. PCC 6803 (Antragstellerinnen / Antragsteller Hess, Wolfgang R. ;  Wilde, Annegret )
• Influence of sensory and regulatory RNAs on the biological fitness and pathogenity of Yersinia pseudotuberculosis (Antragstellerin Dersch, Petra )
• Ligand recognition and discrimation in the S-adenosylhomocysteine (SAH) sensing riboswitch (Antragsteller Wöhnert, Jens )
• Mittel zur Durchführung von Kolloquien, Koordinationsbesprechungen und Koordinierung des Schwerpunkts (Antragsteller Narberhaus, Franz )
• Multiple target regulation by GcvB sRNA (Antragsteller Vogel, Jörg )
• NMR Investigation of the Regulation of Gene Expression by RNA Thermometers (Antragsteller Schwalbe, Harald )
• Processing and degradation of regulatory RNAs in Escherichia coli (Antragstellerin Klug, Gabriele )
• Regulatory RNAs in the hfq-deficient oxyphototroph Prochlorococcus sp. (Antragstellerin Steglich, Claudia )
• Riboswitches and small RNAs in Bacilli under different thermal conditions (Antragsteller Stülke, Jörg )
• Role of an sRNA repeat in general stress response of alpha-proteobacteria and mechanisms of regulation (Antragstellerin Klug, Gabriele )
• Role of Hfq-binding aptamers in antisense transcripts opposite to start and stop sites of protein coding genes in E. coli (Antragstellerin Schroeder, Renée )
• Single-molecule fluorescence analysis of the temperature dependent structure and dynamics of an RNA thermometer: consequences for its molecular function (Antragstellerinnen / Antragsteller Müller, Sabine ;  Seidel, Claus )
• Small non-coding RNAs in Streptomyces coelicolor (Antragstellerin Süß, Beatrix )
• Small regulatory RNAs from the halophilic archaeon Haloferax volcanii (Antragstellerinnen / Antragsteller Marchfelder, Anita ;  Soppa, Jörg )
• Structural analysis of regulatory RNAs: Hfq-mediated gene regulation by small trans-acting RNAs (Antragsteller Weichenrieder, Oliver )
• Structural and functional aspects of the small riboregulator 6S RNA (Antragsteller Hartmann, Roland K. )
• Structure and function of RNA thermometers (Antragsteller Narberhaus, Franz )
• Studies on the structure and function of bacterial 6S RNA, a putative transcriptional regulator (Antragsteller Wagner, Rolf )
• Target identification and functional analysis of regulatory small RNAs in Sinorhizobium meliloti and related alpha-proteobacteria (Antragstellerinnen / Antragsteller Becker, Anke ;  Giegerich, Robert )
• The regulatory role of five small noncoding RNAs in Streptococcus pneumoniae (Antragsteller Brückner, Reinhold )
• The role of small RNAs in physiology and virulence of Agrobacterium tumefaciens (Antragsteller Narberhaus, Franz )
• X-ray crystallographic structure analysis of the RNA thermometer ROSE and the preQ1-specific riboswitch (Antragsteller Ficner, Ralf )

• Sprecher: Professor Dr. Franz Narberhaus