Vorhersage von RNA-RNA Interaktionen durch kinetische Modellierung.

• Antragsteller: Professor Dr. Rolf Backofen
• Fachliche Zuordnung: Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 312982092

Der Großteil des zellulären Transkriptoms besteht nicht aus proteinkodierender RNA sondern aus sogenannter nicht-kodierenden RNA (ncRNA) Molekülen, wobei die meisten als regulatorische Elemente auftreten. Viele dieser ncRNAs üben ihren regulatorischen Einfluss über spezifische Interaktionen mit proteinkodierenden RNAs oder anderen ncRNAs aus. Genaues Wissen über solche RNA-RNA Interaktionen ist ein zentraler Baustein für die Entschlüsselung des zellulären Regulationsnetzwerkes.Aufgrund der Komplexität und Kosten für experimentelle Studien besteht ein großer Bedarf an computergestützten Vorhersagemethoden. Derzeitige Ansätze erlauben jedoch nur einfache Interaktionstypen und zeigen eine geringe Vorhersagegenauigkeit.Dieses Projekt identifiziert im ersten Teil strukturelle Eigenschaften welche RNA-RNA Interaktionen bestimmen, um die Vorhersagequalität zu erhöhen. Zudem werden wir neue Modelle entwickeln welche allgemeiner Interaktionen abbilden können bis hin zu multiplen Interaktionsmustern. Die identifizierten Eigenschaften werden sowohl zur Vermeidung unrealistischer Strukturen verwendet als auch über Pseudoenergieterme in die verwendeten Optimierungsverfahren integriert.Dies wird von einer umfangreichen Untersuchung der Kinetik von RNA-RNA Interaktionen begleitet, da diese die Interaktionsbildung zu schlecht vorhersagbaren, suboptimalen Strukturen leiten kann. Wir werden neue Energielandschaftsmodelle entwickeln, welche detaillierte aber trotzdem rechnerisch zu bewältigende Studien von Interaktionskinetiken ermöglichen. Dieses schließt die Entwicklung neuer Methoden für die effiziente Exploration großer Energielandschaften sowie die Berechnung von entsprechenden Übergangsmodellen und Kinetik ein.Beide Forschungsrichtungen laufen in der Erstellung neuer RNA-RNA Interaktionsvorhersagepipelines zusammen, welche neu identifizierte Struktureigenschaften sowie die Kinetik der Interaktionsausbildung berücksichtigen. Anwendung finden die neuen Pipelines in der Aufklärung von ncRNA Regulationsnetzwerken, der präzisen genomweiten Suche nach ncRNA-Interaktionsstellen, sowie zur Studie der entsprechenden mechanistischen Details.Eine spezifische Anwendung ist die Untersuchung von anti-sense RNAs. Diese sind in großem Maße im Transpriptom vertreten, wobei nur wenig über ihren regulatorischen Einfluss bekannt ist. Wir untersuchen in welchem Umfang anti-sense RNA Duplexe mit ihren entsprechenden sense-Transkripten ausbilden und welche Regulationsmechanismen vorliegen. Unsere in silico Studien werden dabei von wet-lab Experimenten unterstützt.Die entwickelten Methoden und Programme sollen als Basis für weitere Forschung in diesem Gebiet dienen. Hierbei ist anzumerken, dass die Ergebnisse nicht nur RNA-RNA Interaktionsstudien unterstützen sondern auch Fortschritte in der Einzelstrukturvorhersage als auch für Kinetikstudien in anderen großen Energielandschaften ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Ivo Hofacker