Struktur und Funktion von Enzymen der RNA-Prozessierung und -Reparatur

• Antragsteller: Dr. Jirka Peschek
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 442512666

Die Zusammensetzung zellulärer Ribonukleinsäuren (RNA) ist vielfältig und komplex, wobei die verschiedenen Klassen von RNA an einer Vielzahl biologischer Prozesse beteiligt sind. RNA Moleküle sind während ihrer Biosynthese einer großen Zahl co- und posttranslationaler Modifikationen und Prozessierungsschritte ausgesetzt, welche spezialisierte Enzyme ausüben. Das unkonventionelle Spleißen (Splicing) von RNAs, ein essenzieller Schritt der Maturierung von Transfer-RNA (tRNA), stellt ein besonderes Beispiel von RNA-Prozessierung dar. Intron-haltige prä-tRNA wird in zwei Schritten gespleißt: Das Intron wird zuerst von einer Spleiß-Endonuklease (SEN) herausgeschnitten, anschließend ligiert tRNA-Ligase die tRNA-Hälften, woraus die gereifte, funktionelle tRNA resultiert. Eukaryotische tRNA-Ligase sind neben ihrer Rolle beim tRNA-Spleißen verantwortlich für das unkonventionelle Spleißen von mRNA während der Unfolded Protein Response (UPR, dt. ungefaltete Protein-Antwort). In ihrer enzymatischen Vielseitigkeit liegt das Potenzial von tRNA-Ligasen als RNA-Reparatur-Enzyme zu fungieren. Spontane Hydrolyse sowie Endonukleasen können RNA schädigen. tRNA-Ligasen zeichnen sich dadurch aus, dass sie durch Spaltung geschädigte RNA „versiegeln“ können, indem sie RNA-Ligation mittels Phosphodiesterbindung katalysieren. Das Ziel meines Projektantrags ist ein tiefgehendes Verständnis von Struktur und Funktion der eukaryotischen tRNA-Spleiß-Maschinerie zu gewinnen sowie neue, tRNA-Ligase-vermittelte Reparaturmechanismen von RNA und Ribonukleoproteinen (RNPs) zu entdecken. In meinem Labor werden wir integrierte strukturbiologische Methoden nutzen, um Strukturen von eukaryotischen SEN und tRNA-Ligase-Komplexen zusammen mit RNA zu lösen. Um neue RNA- und RNP-Reparaturmechanismen aufzuklären, werden wir die zellulären RNA Substrate von tRNA-Ligasen bestimmen. Zu diesem Zweck werden wir neue Protein-RNA-Interaktionen und verknüpfte RNA-Prozesse mittels Immunopräzipitation, Sequenzierungsmethoden sowie biochemischer Rekonstitution von RNA Reparatursystemen, die auf tRNA-Ligase basieren, identifizieren. Die gewonnenen Einblicke in den Mechanismus und die Struktur von tRNA-Ligase-Komplexen gehen Hand in Hand mit deren Rolle bei der Reparatur von RNA und RNPs. Unsere Erkenntnisse werden im Detail aufzeigen, wie tRNA-Ligasen ihre Funktion bei der Prozessierung, Qualitätskontrolle und Reparatur von RNA erfüllen. Das beantragte Projekt zielt darauf ab, grundlegende Entdeckungen im Bereich der RNA-Biologie zu ermöglichen und RNA-prozessierende Enzyme als Ansatzpunkte für die therapeutische Intervention bei humanen Erkrankungen zu etablieren.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: Liquid chromatography system
• Gerätegruppe: 1350 Flüssigkeits-Chromatographen (außer Aminosäureanalysatoren 317), Ionenaustauscher