Genregulierung durch Decapping und Cap-Methylierung von mRNAs in Säugetieren

• Antragstellerin: Dr. Johanna Mattay
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 412011717

Die Prozessierung der Messenger-RNA (mRNA) ist essentiell für die Genexpression in der eukaryotischen Zelle. Eine chemische Modifikation am 5ʹ-Ende der mRNA ist die Cap-Struktur. Jeder neu synthetisierte mRNA-Strang wird während der Transkription mit dieser 5ʹ-Cap versehen. Sie stabilisiert die mRNA und ist für die weitere Translation der mRNA-Sequenz zu funktionalen Proteinen notwendig. Das Entfernen der 5ʹ-Cap hat den gegenteiligen Effekt: der mRNA-Strang wird destabilisiert und abgebaut, die Translation zu Proteinen wird somit verhindert. Für die Abspaltung der 5ʹ-Cap sind die Decapping-Enzyme verantwortlich: so wird die m7G-Cap (N7-Methylguanosin) von dem Enzym Dcp2 hydrolysiert. In den letzten Jahren wurden neben Dcp2 zusätzliche Decapping-Enzyme in der Nudix-Familie der Hydrolasen identifiziert. Es ist jedoch wenig bekannt über mögliche Interaktionspartner oder die physiologische Rolle der Nudix-Enzyme. Unsere Leitfrage lautet: Wie regulieren Decapping-Enzyme die Expression bestimmter Gene zu funktionalen Proteinen? Wie ‚entscheidet‘ die Zelle, welche mRNAs erhalten und welche durch Decapping abgebaut werden sollen?In dieser Arbeit möchten wir die Nudix-Enzyme von Säugetieren auf ihre Decapping-Aktivität sowie ihren Einfluss auf mRNA-Prozessierung, -Erhaltung und -Abbau untersuchen. Denkbare neue 5ʹ-Cap-Strukturen könnten dabei entdeckt werden. Wir nutzen eine Kombination aus biochemischen, analytischen und RNA-Sequenzierungsmethoden, um mRNA-Substrate der Nudix-Proteine zu identifizieren. Diese werden in mutierten Zelllinien mit inaktivierten Nudix-Proteinen verifiziert, und Proteinkomplexpartner werden bestimmt. Die physiologische Funktion eines der Nudix-Enzyme soll in Mausmutanten untersucht werden. Das gastgebende Labor von Ramesh Pillai ist auf die Analyse von RNA-Modifikationen wie Methylierung spezialisiert; ich bin erfahren in der Charakterisierung von Hydroxylasen und Demethylasen. Gemeinsam möchten wir dieses Wissen nutzen, um die Decapping-Enzyme unter dem besonderen Einfluss von mRNA-Modifikationen zu untersuchen. Unser spezielles Ziel ist es, eine mögliche Verbindung zwischen mRNA-Decapping und reversibler mRNA-Methylierung/Demethylierung aufzudecken. Modifikationen der Cap-Struktur wie z.B. N6- oder 2ʹ-O-Methylierung in Adenin können die Aktivität der Decapping-Enzyme als auch der Demethylasen gegenseitig beeinflussen.Ich bin vorrangig an der Katalyse von Decapping-Enzymen und ihrer physiologischen Bedeutung in Säugetieren interessiert. Zusätzlich soll ein möglicher Einfluss der RNA-(De)methylierung auf die Kontrolle der Decapping-Enzyme untersucht werden. Auf diese Weise wird die komplexe mRNA-Regulierung in ihrer Gesamtheit beleuchtet.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Gastgeber: Professor Ramesh S. Pillai, Ph.D.