Untersuchung der Rolle von ncRNA in der Regulation von Antigenvariation in Trypanosoma brucei

• Antragsteller: Professor Dr. Tim Nicolai Siegel
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277883612

Viele parasitär lebende Organismen haben im Laufe der Evolution Strategien entwickelt, die ihnen ein Überleben in ihrem jeweiligen Wirt ermöglichen. Eine weit verbreitete Strategie ist die Antigenvariation. Antigenvariation verhindert über regelmäßigen Austausch der Oberflächenproteine eine Eliminierung durch das adaptive Immunsystem. Dieser Mechanismus beruht auf der exklusiven und zugleich wechselnden Expression verschiedener Antigen-kodierender Gene. Einige der größten Antigenfamilien sind bei parasitären Protozoen wie Plasmodium falciparum, Giardia lamblia und Trypanosoma brucei, einem Humanpathogen und Erreger der Schlafkrankheit, zu finden.Das Genom von T. brucei enthält etwa 2500 Gene, welche verschiedene Isoformen so genannter variable surface glycoproteins (VSGs) kodieren, von denen jedoch nur ein einziges zu jedem Zeitpunkt exprimiert wird. Ungefähr 10 Millionen identische Kopien eines VSG-Proteins bilden den Zelloberflächenmantel und schützen invariante Proteine vor der Erkennung durch Zellen des Immunsystems. Durch den regelmäßigen Wechsel der Expression zu anderen VSG-Isoformen verändert sich fortlaufend die Antigenität der Zelle, und die chronische Infektion des Wirts kann aufrecht erhalten werden. Trotz intensiver Forschung ist bis heute nicht klar, wie die monoallelische Expression eines VSGs bei vollständiger Repression aller anderen Allele erreicht wird. Jüngste Erkenntnisse in der Arbeit mit P. falciparum und G. lamblia weisen darauf hin, dass Antigenvariation durch die An- und Abwesenheit von nicht-kodierenden regulatorischen RNAs (ncRNAs) moduliert wird. Es ist daher naheliegend, dass ncRNAs in der trypanosomalen Antigenvariation ebenfalls eine entscheidende Rolle spielen. Durch RNA-Sequenzierungen und Ribosome-Profiling war es uns möglich, Transkription und Translation im gesamten Genom von T. brucei zu quantifizieren. Weiter haben wir uns auf DNA-Transskripte, welche nachfolgend nicht translatiert werden, konzentriert und konnten zeigen, dass ein dem aktiv transkribierten VSG-Gen vorgelagerter DNA-Abschnitt in ncRNA transkribiert wird. Interessanterweise konnte schon vor mehr als 15 Jahren gezeigt werden, dass eben dieser Abschnitt einen stabilisierenden Effekt auf die VSG-Expression hat und dass bereits kleine Deletionen in diesem Bereich vermehrt zur Expression alternativer VSGs führen.Ziel der hier vorgeschlagenen Arbeiten ist daher herauszufinden, welche Rolle jene neu identifizierte ncRNA in der Regulation von Antigenvariation in Trypanosomen spielt.Mithilfe des von uns in T. brucei etablierten CRISPR/Cas9-Verfahrens ist es erstmals gelungen, ohne die Einführung von aktiv transkribierten Selektionsmarkern auch nicht-transkribierte, regulatorische Bereiche im Genom genetisch zu manipulieren. Es ist also möglich, höchst präzise Deletionen in der des VSG-Gens vorgelagerten DNA vorzunehmen, eine Voraussetzung, die für unsere künftige Arbeit unerlässlich ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen