Untersuchung des Mechanismus der direktionalen Transkriptionstermination für den humanen mitochondriellen Transkriptionskomplex auf Einzelmolekülebene

• Antragsteller: David Dulin, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 436178547

Die Termination der Transkription ist ein essentieller zellulärer Prozess um funktionale Transkriptome – also komplette RNAs, wie sie im Genom kodiert sind – herzustellen und die zellularen RNA Polymerasen (RNAP), die Transkription durchführt, am Ende des Gens zu recyceln. Allerdings ist die Termination der Transkription keine leichte Aufgabe, da die RNAPs, sobald sie sich in der Elongation befinden, einen sehr stabilen Komplex mit der DNA formen, wodurch sie kilobasenlange RNAs synthetisieren können.Daher haben Zellen Strategien entwickelt, um RNAPs am Ende des zu transkribierenden Gens effizient zu terminieren und zu recyceln. Eine dieses Strategien setzt einen Terminationsfaktor ein, der an spezifische Terminationssequenzen bindet, wie zum Beispiel für Pol I oder die humane mitochondrielle RNAP (mtRNAP). Interessanterweise ist die Termination von Pol I und mtRNAP richtungsabhängig, d.h. nur die Transkription eines der beiden Stränge führt zur Termination sobald der Transkriptionsterminator erreicht wird. Trotz ihrer Bedeutung ist der Mechanismus, mit dem die Terminationsfaktoren die Richtung der transkribierenden Pol I und mtRNAP erkennen, unbekannt. Da die Mitochondrien das „Kraftwerk der Zelle“ und damit essentiell für die Homöostase der Zelle sind, ist auch die Expression und Erhaltung des mitochondriellen Genoms von höchster Bedeutung.Hier schlage ich vor herauszufinden, wie der Terminationsfaktor MTERF-1 transkribierende mtRNAP erkennt und nur aus einer Richtung kommend terminiert. Hierfür werde ich single-molecule biophysikalische Methoden anwenden, da diese einzigartig sowohl dafür geeignet sind intrinsisch heterogene enzymatische Reaktionen, wie die Transkription, zu untersuchen, als auch räumliche und kraftabhängige Manipulation der Biomoleküle zulassen. Durch die hier vorgeschlagenen Experimente wird die komplette Mechanochemie der richtungsabhängigen Transkriptionstermination durch einen Terminationsfaktor entschlüsselt und der Weg für weitere Studien zum Thema Regulation von humaner Mitochondrien Transkription geebnet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Niederlande