Der Einfluss von Cap-Methylierungen auf die Erkennung durch Immunrezeptoren und Komponenten der Translationsmaschinerie

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Schlee
• Fachliche Zuordnung: Immunologie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 204346300

Da Viren sich der zellulären Biosynthesemaschinerie bedienen, um sich zu vermehren, produzieren sie fast keine ungewöhnliche Zucker, Lipide oder Proteine, die als fremdartig erkannt werden. Die angeborene Immunantwort gegen Viren besteht stattdessen vor allem aus Rezeptoren, die virale Nucleinsäuren erkennen und immunaktivierende Alarmsignale produzieren und aus Effektorproteinen, die mit der Integrität oder Funktion viraler RNA oder DNA interferieren. RNA von Viren mit RNA-Genom unterscheidet sich von endogener RNA durch untypische Strukturen wie z.B. lange basengepaarte Bereiche und fehlende Modifikationen wie z.B. Methylierungen und Cap-Strukturen, die endogene RNAs normalerweise aufweisen. Wir vermuten, dass unterschiedliche RNA-Rezeptoren und Effektorproteine ähnliche RNA-Strukturen erkennen und angreifen. Höhere Eukaryonten haben am 5´terminalen Ende all ihrer mRNAs eine Cap1-Struktur: Diese besteht aus dem 5´-5´ über eine Triphosphatgruppe (ppp) verbundenes methyliertes Guanosin und einer 2´O-Methylgruppe am 5´terminalen Nukleotid (N1). 50% der mRNAs haben am benachbarten Nukleotid (N1) ebenfalls eine 2´O-Methylierung. Wir konnten zeigen, dass die Aktivität der Typ-I-IFN induzierenden zytosolischen Helikase RIG-I, die für die Immunerkennung von RNA-Genom-Viren essentiell ist, durch die Präsenz von 2´O-Methylierung des 5´terminalen Nukleotids (N1) von RNA komplett inhibiert werden kann und dass diese hochkonservierte Modifikation der mRNA höherer Eukaryonten von Flaviviren genutzt wird, um die virale RNA vor Erkennung durch RIG-I zu maskieren. In Zellen ohne endogene N1-2´O-Methyltransferase (MTr1-/-) beobachteten wir IFN-abhängige und IFN-unabhängige Effekte fehlender N1-2´O-Methylierung. Dabei stellten wir in unbehandelten MTr1-defiziente Zellen eine Reduktion des Wachstums und der Expression von 5´TOP- mRNAs fest, die hauptsächlich für Proteine der Translationsmaschinerie codieren. In Fortführung des Projektes wollen wir den Effekt von Cap-Methylierungen (N1 und N2) auf Translationskontrolle, RNA-Transkription und -Prozessierung und auf die Aktivierung weiterer zytosolischer antiviraler Effektorproteine untersuchen. Insbesondere fokussieren wir uns dabei auf die die Translation inhibierenden Effektorproteine IFIT1, PKR und das RNA-Degradation induzierende Protein OAS1 und auf IFN-unabhängige Mechanismen der Reduktion von 5´TOP mRNAs. Zentrale Techniken sind chemische pppRNA-Synthese für die Präparation von stimulatorischer und Reporter-RNA, die CRISPR/Cas9-Nuklease-Methode zur Deletion von Genen,4Thio-Uridin (4sU)-Labeling- und Ribosome-Profiling-Techniken zur Analyse genomweiter mRNA-Transkription, -Prozessierung und -Translation.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen