Ernährungsbedingte Kontrolle der Proteintranslation

• Antragstellerin: Dr. Francesca Tuorto
• Fachliche Zuordnung: Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 332766670

Posttranskriptionelle Modifikationen in der Anticodon-Schleife von tRNAs sind wichtige Regulatoren des Entschlüsselungsprozesses während der Proteinsynthese. Wir haben kürzlich gezeigt, dass die Menge von über die Nahrung aufgenommenem Queuosin (Q), ein von Bakterien stammendes Nukleosid das in eukaryotischer tRNA vorkommt, den Grad der Methylierung von Cytosin (5mC) von C38-tRNAAsp in menschlichen Zellkulturen und in keimfreien Mäusen beeinflusst. Vermittels proteomischer Analysen und Ribosom-Sequenzierung fanden wir eine direkte Verbindung zwischen diesen Anticodon-Loop-tRNA-Modifikationen und der Geschwindigkeit der Translation, wobei die Q-abhängige Translation einzelner Codons, insbesondere von Q-decodierten und nahe verwandten Codons, die Proteinfaltung fördert und die Ansammlung fehlgefalteter Proteine verhindert. Q-Modifikationen in tRNA werden durch die tRNA-guaninetransglycosylase (TGT) durchgeführt, die aus dem QTRT1-QTRT2 Enzymkomplex besteht. Mit einem Qtrt1-Knockout-Mausmodell konnten wir zudem zeigen, dass der Verlust von Q-tRNA-Modifikationen Lern- und Gedächtnisdefizite und eine Verringerung der neuronalen Population verursacht. Ribo-Seq-Analysen von Proben aus dem Hippocampus von Qtrt1-defizienten Mäusen ließen nicht nur ein Stocken von Ribosomen auf Q-decodierten Codons erkennen, sondern auch einen globalen Rückgang der Translationselongationsgeschwindigkeit. Das Ziel dieses Nachfolgeprojekts ist es zu untersuchen, wie eine veränderte Tranlationscodierung neuropathologische Phänotypen verursacht. Unter Verwendung klassischer immunohistochemischer Methoden zur Untersuchung von Gehirndefekten werden wir zunächst analysieren, ob das Fehlen von Q-Modifikationen in der tRNA die Neurogenese verändert oder Neurodegeneration hervorruft. Um zu analysieren ob Q-tRNA Prozesse wie Ribosomenqualitätskontrolle (RQC), No-Go-Decay (NGD) und eIF2-Signalketten beeinflusst, werden wir zudem Primärkulturen von Hippocampus-Neuronen der Maus, Reporterkonstrukte um blockierte Ribosomen zu detektieren und chemische Inhibitoren von Proteintranslationsregulatoren verwenden. Schließlich werden wir mit C. elegans als Modellsystem untersuchen, ob ein Mangel an Q-tRNA die co-translationale Proteinfaltung verändern kann, indem wir die an diesem Prozess beteiligten Chaperone untersuchen. Insgesamt werden die zu erwartenden Ergebnisse zeigen ob ein direkter Zusammenhang zwischen der veränderten Entschlüsselung des neuronalen Transkriptoms durch die Verfügbarkeit eines bakteriellen Mikronährstoffs und dem Auftreten neuronaler Phänotypen besteht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen