Funktionelle und strukturelle Analyse von eukaryotischen snoRNP Komplexen, die die Ribose-Methylierung von rRNA katalysieren.

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Teresa Carlomagno; Professor Dr. Karl-Dieter Entian
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277251038

prae-rRNA Transkripte werden, während ihrer Biosythese und Prozessierung, an verschiedenen funktionell wichtigen Positionen posttranskriptional modifiziert. Unter den vielen möglichen Modifikationen sticht die 2(prime)-O-Ribose Methylierung hervor, die die RNA gegen Degradierung durch Ribonucleasen schützt, einzelne Basenpaare stabilisiert, als Chaperon fungiert und die RNA Faltung bei hohen Temperaturen unterstüzt. rRNA Methylierung ist essentiell für den Aufbau von Ribosomen; die komplette Unterdrückung der Methylierung führt zu Zellsterben. In Eukaryoten ist der Komplex Box C/D snoRNP für diese Methylierung verantwortlich, wobei die snoRNAs als guide RNA den Methylierungs-Komplex, durch komplementäre Basenpaarung mit der Ziel-RNA, zu der korrekten Stelle leiten. Auch die Ribose Methylierung von mRNA kann durch snoRNAs gesteuert werden. So wurde, zum Beispiel das Fehlen von Ribose Methylierung an einer bestimmten Adenosin Base in der Serotonin 2C Rezeptor mRNA mit dem menschlichen neurogenetischem Prader-Will Syndrom (PWS) in Verbindung gebracht. Dies lässt erahnen, dass die Modifikation der RNA, und im Besonderen die Ribose Methylierung, mit verschiedenen noch unerkannten Krankheitsbildern zusammenhängen könnte. Die Aufklärung der enzymatischen Funktion und der molekularen Struktur des eukaryotischen snoRNP Komplexes sowie der funktionellen Rolle von rRNA Modifikationen stellt eine große wissenschaftliche Herausforderung dar. Das bisher vorhandene Wissen über snoRNP Funktion wurde bei Untersuchungen an rekonstituierten archaeellen sRNPs gewonnen. Eukaryotische snoRNPs Komplexe unterscheiden sich massgeblich von archaeellen sRNPs und weisen eine größere strukturelle Komplexität und zusätzliche Mechanismen für ihre Regulation auf. Hierdurch können viele der gewonnen Einsichten von archaeellen sRNPs nicht direkt auf das eukaryotische System übertragen werden. Hier schlagen wir einen kompetitiven Plan vor, der ein detailliertes Verständnis des molekularen Mechanismus der Ribose Methylierung in Eukaryoten zum Ziel hat. Im Rahmen des SSP1784 wollen wir die Struktur und den enzymatischen Mechanismus von eukaryotischen snoRNPs aufklären und einen Einblick in die Regulierung des Komplexes bekommen. Wir werden beantworten, ob und wie der Methylierungsumfang an unterschiedlichen Stellen moduliert wird und welchem Ziel diese Regulierung dient. Hierfür werden wir einen interdisziplinären Ansatz verwenden, der molecular engineering, HPLC/MS basierte Quantifizierung von Ribose Methylierung in vivo, als auch strukturelle, biophysische und biochemische Analysen von rekonstituierten und nativen snoRNPs einschließt. Neben der Bedeutung für das Verständnis von grundlegenden Prinzipen des zellulären Lebenszyklus, wird das erlangte Wissen zu dem Verständnis der Rolle der Ribose-Methylierung in Krankheiten beitragen und möglicherweise zu der Entdeckung neuer Krankheitsbilder führen, die durch Defekte in der RNA-Methylierung hervorgerufen werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1784: Chemische Biologie natürlicher Nukleinsäuremodifikationen