Struktur und Funktion von Telomerase-Telomer Vermittlungsfaktoren

• Antragstellerin: Dr. Christina Helmling
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390533466

Die Enden von linearen Chromosomen in eukaryotischen Organismen werden von sogenannten Telomeren, speziellen DNA-Protein Komplexen, gebildet. Telomer-assoziierte Proteine binden spezifisch einzel- und doppelsträngige Bereiche der G-reichen Wiederholungsssequenz telomerischer DNA, um diese vor Rekombination und Degradation zu schützen. Die unvollständige Replikation der Telomere durch die DNA Replikationsmaschinerie kann zum Teil durch die spezialisierte reverse Transkriptase, Telomerase, kompensiert werden. Das Enzym Telomerase hat sich zu einem wichtigen Ziel für die Medikamentenentwicklung entwickelt, da dessen Aktivität in direkter Korrelation zu der Lebenszeit von Zellen steht. Die Anordnung der Untereinheiten des Telomerase Holoenzyms wurde erstmals für das Wimperntierchen Tetrahymena im Gastgeberlabor von Juli Feigon mittels cryo-EM aufgeklärt. Die Ergebnisse dieser Studie postulieren einen Unterschied des Regulationsmechanismus der Selbsterneuerung von Telomeren in Tetrahymena und im Menschen. Im menschlichen Organismus wird die Telomerase durch eine Untereinheit der Telomere (TPP1) gebunden und aktiviert. Für die homologe Telomeruntereinheit in Tetrahymena (Tpt1) konnte bislang nur eine schützende Funktion für die Telomer-DNA nachgewiesen werden, während die aktivierende Rolle von TPP1 durch einen integralen Bestandteil der Telomerase erfüllt wird (p50). Auf der Basis dieser Ergebnisse bindet entweder Tpt1 im Komplex mit dem einzelsträngigen DNA-bindenden Protein Pot1a an die Telomer-DNA oder die Telomerase bindet und katalysiert die Synthese der DNA-Wiederholungssequenz. Die alternierende Bindung dieser beiden Komplexe ist verantwortlich für die Regulation der Telomer Selbsterneuerung. Das hier präsentierte Forschungsprojekt zielt darauf ab, die Struktur und Funktion des bislang uncharakterisierten Tpt1-Pot1a Inhibitorkomplexes im Vergleich zu dem aktivierendem p50-TEB Telomerase Bestandteil, der Gegenstand aktueller Forschung im Labor des Gastgebers ist, zu untersuchen. Um dieses Ziel zu erreichen soll zunächst Struktur und Dynamik von Tpt1 in Isolation untersucht werden und anschließend im Komplex mit Pot1a. Dazu sollen die NMR-Spektroskopie zusammen mit der Röntgenstrukturanalyse als komplementäre Methoden genutzt werden. Zusätzlich zu strukturellen Studien sollen die DNA Bindungseigenschaften von Tpt1-Pot1a biochemisch charakterisiert werden und durch Telomeraseaktivitätsassays in direkter Konkurrenz um die Substrat DNA ergänzt werden. Ziel des hier präsentierten Projektes ist es, das Verständnis über die Unterschiede in Struktur, Dynamik und DNA-bindenden Eigenschaften von Tpt1-Pot1a im Vergleich zu Telomerase signifikant zu verbessern, die letztendlich für die Koordination der Telomer Selbsterneuerung verantwortlich sind.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Dr. Juli Feigon