Die Regulation zentraler Schritte in der humanen Ribosomenbiogenese durch RNA-Helikasen und Kofaktoren

• Antragsteller: Professor Dr. Markus T. Bohnsack
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 192916677

RNA-Helikasen vermitteln als wichtige Regulatoren der Dynamik, Struktur und Funktion von RNAs und RNA-Protein-Komplexen (RNPs) eine Vielzahl zentraler Funktionen in allen Prozessen der Genexpression. Neben ihrer klassischen Funktion in der ATP-abhängigen Entwindung doppelsträngiger RNA, können RNA-Helikasen auch die Ausbildung von RNA-Duplexen ermöglichen, doppelsträngige RNA stabilisieren ("clamping") oder die Freisetzung RNA-bindender Protein vermitteln. Dabei interagieren diese Enzyme vor allem Sequenz-unabhängig mit dem Zucker-Phosphat-Rückgrat von Substrat-RNAs, weshalb die Untersuchung ihrer Spezifität von besonderer Wichtigkeit ist. Weiterhin wurde beobachtet, dass an vielen zellulären Prozessen mehrere verschiedene RNA-Helikasen beteiligt sind, so dass die Frage nach den jeweiligen besonderen Eigenschaften und spezifischen Funktionen ebenfalls in den Vordergrund rückt. Die Biosynthese von Ribosomen ist ein wichtiger zellulärer Prozess, an dem eine Vielzahl unterschiedlicher RNA-Helikasen beteiligt ist, und an dem diese und weitere zentrale Fragen zur Spezifität, Funktion und Regulation von RNA-Helikasen sehr gut untersucht werden können. Die Ribosomenbiogenese beginnt mit der Transkription eines großen Vorläufers der ribosomalen RNAs (prä-rRNA), der die Sequenzen der 18S, 5,8S und 28S rRNAs enthält. Die prä-rRNAs durchlaufen diverse Prozessierungsschritte, werden vielfältig modifiziert und assemblieren mit den etwa 80 ribosomalen Proteinen unter Beteiligung einer Vielzahl von Kofaktoren. Viele der hierarchischen Schritte dieses Prozesses werden durch energieabhängige Enzyme, wie RNA-Helikasen, reguliert, wobei deren Fehlfunktionen zu Ribosomenbiogenesedefekten und "Ribosomopathien" führen können. Deshalb ist die funktionelle Charakterisierung der an der Ribosomenbiogenese beteiligten Proteine von großer Bedeutung, wobei diese bisher vor allem in der Bäckerhefe erfolgt ist. Bei der funktionellen Untersuchung der ersten humanen Faktoren hat sich jedoch herausgestellt, dass einige Proteine im Menschen zusätzliche oder andere Funktionen als in der Bäckerhefe vermitteln. Daher sollen in diesem Projekt humane RNA-Helikasen, die wichtige Rollen in der Ribosomenbiogenese spielen, funktionell charakterisiert und ihre Schlüsselfunktionen auch auf molekularer und struktureller Ebene untersucht werden. Weiterhin wird die Spezifität der RNA-Helikasen sowie ihre unterschiedlichen Mechanismen der Interaktion und Regulation durch ihre Kofaktoren in vitro und in vivo analysiert. Damit wird dieses Projekt die Funktion dieser Proteine in dem zentralen Prozess der Ribosomenbiogense in menschlichen Zellen untersuchen, und darüber hinaus auch prinzipielle Mechanismen der Funktion und Regulation von RNA-Helikasen aufklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen