Identifikation und Charakterisierung neuer piRNA Prozessierungsfaktoren in C. elegans

• Antragsteller: Professor Dr. René Ketting, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504320275

Identifikation und Charakterisierung neuer piRNA Prozessierungsfaktoren in C. elegans.Kleine RNA-Moleküle können als Regulatoren in der Genexpression wirken. Die präzise Erkennung von Zielmolekülen basiert auf der Basenpaarung, so dass die kleinen RNAs als Spezifitätsfaktoren fungieren und ihre Herstellung daher genauestens kontrolliert werden muss. Einer der gut konservierten Wege, der unter der Verwendung von kleinen RNAs die die Genexpression ausschaltet, ist der so genannte Piwi-Weg. Dieser Weg ist eines der wichtigsten Überwachungssysteme in Keimzellen, um mobile Elemente (Transposons) unter Kontrolle zu halten, und wird von kleinen RNAs, den so genannten piRNAs, gesteuert. Angesichts der großen Vielfalt und Variabilität der Transposonsequenzen muss das piRNA-Sequenzrepertoire gut kontrolliert werden, um die Erkennung von wirtseigenen Transkripten zu vermeiden. Dies geschieht durch die selektive Auswahl bestimmter Transkripte als piRNA-Vorläufer, gefolgt von verschiedenen Verarbeitungsschritten. Dabei sind weder der Selektionsprozess noch die Prozessierungsschritte allgemeinen gut verstanden.Im Fadenwurm Caenorhabditis elegans (C. elegans) werden die piRNAs ausgehend von spezifischen, kurzen RNA-Polymerase-II-Transkripten gebildet. Anschließend werden sie von einem speziellen Proteinkomplex namens PETISCO gebunden, der die Verarbeitung ihres 5′-Endes durch eine noch nicht identifizierte Nuklease ermöglicht. Ob es sich bei diesem Schritt um eine Abfolge verschiedener Aktivitäten handelt, wie z. B. das Entfernen der Kappenstruktur, gefolgt von exoribonukleolytischem Abbau, oder ob er von einer bestimmten die Endoribonuklease katalysiert wird, ist unbekannt.Wir präsentieren vorläufige Daten, die darauf hindeuten, dass die Endoribonuklease aus einem heterodimeren Proteinkomplex besteht, der spezifisch gegenüber PETISCO-gebundene piRNA-Vorläufer in C. elegans aktiv ist. Die vorgeschlagenen Arbeitspläne zielen darauf ab, diese Hypothese zu untermauern und diese neuartige enzymatische Aktivität grundlegend zu verstehen. Wir wollen die dreidimensionale Struktur des Enzyms bestimmen und verstehen wie es mit PETISCO zusammenarbeitet. Darüber hinaus haben wir zwei weitere Faktoren identifiziert, die bei der piRNA-Biogenese eine Rolle spielen und auf Domänenebene Proteinen ähneln, die dimere Endonuklease bilden. Unsere Daten deuten auf eine mögliche modulare heterodimere Zusammensetzung von anderen Arten von Nukleasen hin, die auf einer der beiden Untereinheiten der piRNA-Prozessierungsnuklease basieren. Unser Ziel ist es, die Funktion(en) dieser Komplexe sowohl auf biochemischer als auch auf organismischer Ebene zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Dr. Sebastian Falk