Biochemische und strukturelle Analyse der Funktion von UPF1 in eukaryotischen mRNA Abbauprozessen

• Antragstellerin: Professorin Sutapa Chakrabarti, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269535551

Das Ziel des hier vorgeschlagenen Forschungsprojektes ist es die Rolle der ATP-abhängigen RNA Helikase UPF1 in zellulären mRNA Abbauprozessen mittels eines strukturellen (Röntgenkristallographischen) und biochemischen Ansatzes aufzuklären. Der Abbau von mRNA ist ein wichtiger Schritt in der post-transkiptionellen Regulation der Expression von Genen, da er nicht nur deren Quantität sondern auch ihre Qualität reguliert. Dies ist der Grund, warum mRNA Abbauwege für veschiedene Entzündungs- und Autoimmun-Erkrankungen sowie genetisch übertragbare Erkrankungen deren Ursachen in abnormalem mRNA Abbau begründet liegen verantwortlich sind. Obwohl die Regulationswege für die Quantität (mRNA Abbau) und Qualität (mRNA Kontrolle) von mRNAs von verschiedene Proteine reguliert werden , ist bekannt, dass einige Proteine massgeblich an beiden Prozessen beteiligt sind. Ein solches Protein ist die Helikase UPF1. UPF1 wurde urspünglich als Schlüsselkomponente des durch nonsense Mutationen verursachten mRNA Abbaus (nonsense mediated mRNA decay, NMD) identifiziert, der mRNA Transkripte degradiert die ein verfrühtes Stop Codon besitzen. Nachfolgende Untersuchungen haben gezeigt, dass UPF1 darüber hinaus im Zusammenspiel mit anderen RNA-bindenden Proteinen die Zahl bestimmter mRNA Transkripte reguliert. Trotz der Tatsache, dass der Mechanismus und die Rolle von UPF1 in NMD sehr gut untersucht ist , ist nicht viel über den molekularen Mechanismus von UPF1 in diesen spezialisierten mRNA-Abbauwegen bekannt. Von daher werde ich mich auf zwei dieser Abbauwege fokusieren, in denen UPF1 die zentrale Rolle spielt, nämlich der Abbau von Histon-mRNAs und der Abbau von mRNAs mittels Staufen (Staufen-mediated mRNA decay (SMD)). Am Abbau von Histon mRNAs ist das Protein SLBP und am SMD das Protein Staufen massgeblich beteiligt und beide rekrutieren UPF1 nach der Translationstermination an das 3'-UTR der Ziel-mRNA. Lokalisierung von UPF1 an die 3'-UTR der mRNA bedingt dann deren Abbau. Ein besseres Verständnis dieser Rekruktierung wird die zelluläre Rolle von UPF1 im mRNA Stoffwechsel hevorheben. Darüberhinaus wird die hier vorgestellte Arbeit es uns erlauben ein übergreifendes Model der Funktion von UPF1, sowohl in der mRNA Qualitätskontrolle als auch im mRNA Abbau, zu entwickeln und die wechselseitige Beziehung verschiedener mRNA Abbauwege besser zu verstehen. Die vorgeschlagene Studie wird auch einer grosser Schritt hin zum Verständnis des mRNA Abbaus als globales Phänomen im Gegensatz zu einer Ansammlung unabhängiger linearer Abbauwege sein und der Aufklärung von krankheits-verursachenden Regulationsdefekten und post-transkriptioneller Genregulation ingesamt dienen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen