Kooperationen von tRNA-Modifikationen in der mRNA Dekodierung und Translationsgenauigkeit

• Antragsteller: Professor Dr. Raffael Schaffrath, seit 11/2020
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biologische und Biomimetische Chemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277253872

Dieses Vorhaben setzt logisch seinen Vorläufer fort, greift dessen Momentum auf und bedient sich der Expertise ‚Funktion von tRNA Modifikationen‘. Am Hefemodel wird untersucht, wie sich Modifikationen in der Anticodon- (ASL: mcm5s2U34, ct6A37, Ψ38) und variablen Schleife (VL: m5C48) von tRNAs funktionell auf die Translation auswirken. Experimentell zielt das Projekt darauf ab, Funktionsüberlappung zwischen diesen Modifikationen mit ihrer möglichen Kooperation bei Codon-Interaktion und -Dekodierung von tRNAs während der Translation zu korrelieren. Dies kann der Vermeidung fehleranfälliger Translation und dem Schutz vor defekter Proteinbiosynthese dienen. Es werden diese Ziele verfolgt:- Profilierung von tRNA-Modifikationen auf Translationsgenauigkeit mit Hilfe eines für tRNALysUUU spezifisch etablierten +1-Rasterschubsystems in vivo- Studium zur De-/Aminoacylierung und Stabilität von tRNAs in Antwort auf defekte Modifikationen im ASL und/oder VL- Bestimmung des Beitrags von ASL/VL Modifikationen an der Kinetik der mRNA Dekodierung von tRNALysUUU in einem Translationssystem in vitro- Zur Rolle von tRNA Modifikationen beim Wettbewerb um Dekodierung durch verwandte tRNA Spezies und Schutz vor Mistranslation- Analyse potenzieller Konsequenzen von Mistranslation auf Proteostase in aggregations-anfälligen tRNA-ModifikationsmutantenDieser Ansatz ermöglicht es uns, auf atomarer, molekularer und zellulärer Ebene zu untersuchen, ob und wie sich chemische Veränderungen im Modifikationsstatus von tRNAs auf Dekodierung und Translationsgenauigkeit auswirken. Als zentrales Ziel gilt es zu analysieren, ob defekte tRNA-Modifikationen fehleranfällige Translation begünstigen und welche nicht-Watson/Crick Basenpaare beim Fehlen von tRNA-Modifikationen fälschlicher Weise akzeptiert werden. Ein weiteres, mit tRNA-Funktion verknüpftes Ziel besteht darin, den Einfluss von cross-talk unter Modifikationen auf Stabilität, Aminoacylierungsstatus und Dekodierungseffizienz von tRNAs zu untersuchen. Was Letzteres betrifft, werden Analysen von tRNA-Beladung und in vitro Kinetiken zur tRNA-Dekodierung von Bedeutung sein, um auf mechanistischer Ebene verstehen zu lernen, wie verschiedene Modifikationen im ASL und/oder VL von tRNAs kooperieren, um Translationspräzision zu begünstigen. Im Zusammenhang mit Translationsungenauigkeit zielt das Projekt abschließend auf die Korrelation zwischen Fehlern bei der mRNA-Translation und der Proteinbiosynthese sowie der Bildung zytotoxischer Proteinaggregate ab. Dies ist direkt vor dem Hintergrund zu sehen, wie tRNA-Dekodierung, Translationspräzision und Zellproliferation in Eukaryonten miteinander verzahnt sind und wie sich gerade Defekte in tRNA-Modifikation, Translation und/oder Protein-Homöostase als treibende Kräfte bei der Entstehung von Tumoren und neurodegenerativen Krankheiten beim Menschen entfalten können. Daher halten wir unser SPP1784/2 Vorhaben für biomedizinisch relevant.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1784: Chemische Biologie natürlicher Nukleinsäuremodifikationen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Roland Klassen, bis 10/2020