Einfluss von RNA-bindenden Proteinen und mRNA-Strukturen auf alternative Translation-Regulationsmechanismen im entzündlichen Tumorgeschehen

• Antragsteller: Professor Dr. Rolf Backofen; Privatdozent Dr. Tobias Schmid
• Fachliche Zuordnung: Public Health, Gesundheitsbezogene Versorgungsforschung, Sozial- und Arbeitsmedizin
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 447154146

Die Entwicklung von Tumoren wird stark von der Interaktion zwischen Tumorzellen und Immunzellen beeinflusst. Entsprechend enthält das Tumormilieu eine Vielzahl entzündlicher, immun-modulatorischer, sowie Wachstums-fördernder Mediatoren. Obwohl die Wichtigkeit der Translation für die Tumorentstehung und -progression weithin akzeptiert ist, gibt es bisher nur wenige Befunde zu den durch ein entzündliches Tumorumfeld ausgelösten translationellen Veränderungen im Tumor. Es wurde aber schon gezeigt, dass dabei neben globalen Veränderungen der Proteinsynthese v.a. Mechanismen zur spezifischen Translationsregulation einzelner mRNAs wichtig sind. In diesem Projekt wollen wir nun, in enger Zusammenarbeit zwischen der experimentellen Generierung von Hochdurchsatz-Sequenzierdaten und der bioinformatischen Analyse, den Einfluss des tumor-assoziierten Zytokins Interleukin-1beta (IL-1beta) auf die Regulation der Translation in Brusttumorzellen analysieren. Da mRNA-spezifische Translationsregulationsmechanismen in der Regel über ein Zusammenspiel von cis-regulatorischen Elementen auf der mRNA mit trans-agierenden Faktoren, wie z.B. RNA-Bindeproteinen (RBPs), erfolgt, ermitteln wir initial mittels orthogonal organic phase separation (OOPS)-Sequenzierung, ob und wie sich in Antwort auf IL-1beta die Interaktion von mRNAs mit Proteinen in Brusttumorzellen verändert. Da gerade alternative Mechanismen der Translationsregulation, wie z.B. die internal ribosome entry site (IRES)-vermittelte Translationsinitiation, häufig abhängig von RNA-Strukturen sind, untersuchen wir in einem weiteren Transkriptom-weiten Ansatz die IL-1beta-induzierten Veränderungen von mRNA-Strukturen. Dabei ist davon auszugehen, dass es durch Bindung von RBPs zu Veränderungen in Sekundärstrukturen kommt und dadurch die Zugänglichkeit für weitere RBPs, aber auch für Translations-Initiationsfaktoren und Ribosomen moduliert wird. Diese Daten werden mit IL-1beta-vermittelten Translationsveränderungen abgeglichen. Dies ermöglicht uns letztlich die mRNAs zu identifizieren, bei denen die IL-1beta-induzierten Translationsveränderungen mit Veränderungen der Struktur in bzw. der Protein-Interaktion mit den entsprechenden 5‘ untranslatierten Bereichen einhergehen. Diese sollten verstärkt mRNAs, mit IL-1beta-induzierbaren IRES-Elementen oder anderen Translations-regulatorischen Elementen, wie z.B. upstream open reading frames (uORFs), enthalten. Die so ermittelten putativen Translations-regulatorischen Elemente werden in der Folge experimentell überprüft und validiert. Außerdem wird die Identität der (Stimulus-abhängig) bindenden RBPs ermittelt. Zusammenfassend werden wir neue IL-1beta-regulierte Translations-regulatorische Elemente identifizieren, deren Sekundärstruktur und Protein-Bindepartner bestimmen und schließlich die zugrundeliegenden Regulationsmechanismen im Detail charakterisieren. Dies ist für zukünftige Translations-modulierende Interventionen im entzündlichen Tumorgeschehen von Interesse.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen