ControlbypiRNA - Molekulare Aspekte der mRNA-Regulation durch piRNAs und RNA-bindende Proteine in Drosophila

• Antragsteller: Professor Dr. Elmar Wahle
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 284014685

Ein wesentlicher Mechanismus der posttranskriptionellen Genregulation besteht in einer cytoplasmatischen Veränderung der Poly(A)-Schwanzlänge von mRNAs, die die mRNA-Stabilität und die Translation beeinflusst. Diese Art der Regulation ist essentiell in Keimbahnstammzellen und der frühen Embryogenese, die auf der Regulation von maternalen mRNAs beruht. Die Verkürzung von Poly(A)-Schwänzen (Deadenylierung) führt zu mRNA-Abbau und/oder Translationsrepression. Als wichtigste Deadenylase kann der CCR4-NOT-Komplex mit Hilfe von RNA-bindenden Proteinen oder kleinen nicht-kodierenden RNAs spezifische mRNAs regulieren; zusätzlich spielt er auch eine poly(A)-unabhängige regulatorische Rolle. Wir benutzen zur Untersuchung der posttranskriptionellen Regulation den Drosophila-Embryo. Unser multidisziplinäres Projekt beruht auf der komplementären Expertise der Simonelig-Gruppe in Genetik und der Wahle-Gruppe in Biochemie und auf den bereits produzierten Werkzeugen und Daten. Wir haben ein zellfreies System aus frühen Drosophila-Embryonen entwickelt, das die posttranskriptionelle Regulation der nanos- (nos-) mRNA reproduziert, die für die Embryonalentwicklung essentiell ist. In Abhängigkeit von Bindungsstellen für den Repressor Smaug werden geeignete RNA-Konstrukte in vitro deadenyliert und translational reprimiert. Wir haben außerdem einen Repressionsmechanismus identifiziert, bei dem piRNAs zur CCR4-NOT-abhängigen Deadenylierung führen. piRNAs werden überwiegend aus Transposonsequenzen produziert und haben als primäre Funktion die Unterdrückung von mobilen Elementen in der Keimbahn. Wir haben eine Rolle von piRNAs in der Genregulation im Embryo entdeckt: piRNAs regulieren die nos-mRNA, indem sie zusammen mit Smaug einen Repressor-Komplex rekrutieren, der zur CCR4-NOT-abhängigen Deadenylierung und Translationsrepression der nos-mRNA im somatischen Teil des Embryos führt und für die Musterbildung im Embryo nötig ist. Neue Daten zeigen, dass diese Funktion von piRNAs in der Genregulation weit verbreitet ist und vermutlich viele biologische Prozesse und auch Krankheiten beeinflusst, so wie es auch für miRNAs der Fall ist. Unser Projekt zielt auf die Aufklärung der molekularen Mechanismen der mRNA-Regulation durch piRNAs und RNA-bindende Proteine. Wir werden sowohl den mRNA-Abbau als auch die Translationsrepression untersuchen und außerdem eine gegenläufige Rolle von piRNAs in der mRNA-Stabilisierung, die wir kürzlich entdeckt haben. Das gemeinsame Projekt wird innovative Methoden benutzen, z. B. das CRISPR-Cas9-System zur Manipulation des Fliegengenoms, höchstauflösende Mikroskopie, Massenspektrometrie für die Analyse von Proteinkomplexen und die Kartierung von Protein-Protein-Interaktionen. Durch Analyse der Funktion von spezifischen Mechanismen der RNA-Regulation in Entwicklungsprozessen sollte das Projekt einen großen Einfluss auf unser Verständnis der posttranskriptionellen Genregulation und der Funktion kleiner nicht-kodierender RNAs haben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartnerin: Dr. Martine Simonelig, Ph.D.