Ein molekulares Thermometer verbindet Körpertemperatur mit alternativem Spleißen

• Antragsteller: Professor Dr. Florian Heyd
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 270986915

In höheren Eukaryoten spielt alternatives Spleißen eine fundamentale Rolle zur Vergrößerung der Kodierungskapazität des Genoms und zur dynamischen Regulation der Proteinexpression. Eine mögliche Funktion von alternativem Spleißen in der Kontrolle der circadianen Uhr wurde immer wieder diskutiert, aber ein Zusammenhang im Säugersystem konnte erst kürzlich von uns nachgewiesen werden; mechanistische Untersuchungen fehlen nach wie vor gänzlich. Wir beschäftigen uns seit langem mit dem Spleißfaktor U2AF26 und haben u.a. nachgewiesen, dass U2AF26 selbst alternativ gespleißt wird. In einer aktuellen Arbeit konnten wir zeigen, dass U2AF26 alternatives Spleißen im Cerebellum circadian und Licht-induziert reguliert ist und eine wichtige Rolle in der molekularen circadianen Uhr und der Anpassung an veränderte Zeitzonen spielt. Eine Verschiebung des Leserahmens ermöglicht in der alternativen U2AF26-Form die Translation in die 3-UTR, wodurch eine Proteindomäne mit Homologie zu einem Regulator der circadianen Uhr in Drosophila gebildet wird. Unsere Daten führen zu einem Modell, in dem U2AF26 alternatives Spleißen die Anpassung an veränderte hell/dunkel-Bedingungen verzögert und so zu einer Stabilisierung der circadianen Uhr beiträgt. Nachdem wir in dieser Arbeit das erste funktionelle circadiane Spleißevent im Säugersystem identifiziert haben, möchten wir nun das Signal-induzierte Modul charakterisieren, das den Input Licht (oder circadiane Zeit) in den Output Spleißen überträgt. Wir werden zunächst die cis-wirkende Sequenz in der prä-mRNA identifizieren, die notwendig und hinreichend für die Regulation dieses Spleißevents ist (Ziel 1). Anschließend werden wir trans-wirkende Proteine identifizieren, die diese Sequenz binden und alternatives Spleißen regulieren. Wir werden außerdem Signalkaskaden untersuchen, die eine circadiane Aktivität dieser Proteine bewirken (Ziel 2). Mit Hilfe dieser detaillierten molekularen Analysen werden wir dann genomweit coregulierte Exons identifizieren (Ziel 3). Hierfür werden wir Sequenzvergleiche mit dem cis-wirkenden RNA-Element (Ziel 1) sowie knock-down/RNA-Seq und CLIP mit dem trans-wirkenden Protein (Ziel 2) durchführen. Zusätzlich sollen weitere circadian und Licht-induzierte Exons im Cerebellum mittels RNA-Seq identifiziert werden. Diese Arbeit wird erstmals Mechanismen von circadianem und Licht-induziertem alternativen Spleißen aufdecken. Wir werden so einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis der circadianen Genexpression sowie der Regulation von alternativem Spleißen in chronobiologisch relevanten Bedingungen leisten. Durch die funktionelle Relevanz von U2AF26 alternativem Spleißen werden wir zudem Mechanismen zur Anpassung der circadianen Uhr in peripheren Geweben unter Jetlag-Bedingungen entschlüsseln. Die Verbindung von Chronobiologie und alternativem Spleißen wird neue Richtungen in diesen dynamischen Forschungsfeldern eröffnen, was die Basis für weitere interdisziplinäre Arbeiten und Kooperationen legen wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen