Regulierte Reifung und kontrollierter Abbau: Der Lebenszyklus von RNAs in Haloferax volcanii

• Antragstellerin: Professorin Dr. Anita Marchfelder
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 287106579

Ribonukleasen spielen eine zentrale Rolle im RNA-Stoffwechsel der Zelle. Alle in der Zelle verwendeten RNA-Moleküle werden als Vorläufer-RNAs synthetisiert und von Ribonukleasen zu funktionellen Molekülen "zurechtgeschnitten". Zusätzlich muss die Zelle dafür sorgen, dass falsch synthetisierte RNA-Moleküle oder RNA-Moleküle, die nicht mehr benötigt werden, gezielt und kontrolliert aus dem Kreislauf entfernt werden. Für alle diese Prozesse sind Ribonukleasen essentiell, von denen in Archaeen bisher nur sehr wenige identifiziert worden sind. Das Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung und Identifizierung von Ribonukleasen in dem Modell-Archaeon Haloferax volcanii. In den Vorarbeiten zu diesem Projekt konnten schon die ersten Daten für drei Ribonukleasen aus H. volcanii gesammelt werden. Wir haben eine Endonuklease -die tRNase Z-, die einen essentiellen Schritt bei der tRNA-Reifung katalysiert, identifiziert und zwei weitere Enzyme, die am RNA-Stoffwechsel beteiligt sind, analysiert, die RNase G/E und das Protein RppH. In dem hier beantragten Projekt sollen jetzt sämtliche biologischen Funktionen der folgenden Enzyme identifiziert werden: tRNase Z , RNase G/E, RppH und tRNA-Spleiß-Endonuklease. Zusätzlich sollen mit in vitro-Ansätzen neue Ribonukleasen gefunden werden, die folgende Prozesse katalysieren: den 5´-> 3´-Abbau von RNAs, den 3´-> 5´-Abbau von RNAs, den Abbau doppelsträngiger RNA. Außerdem sollen Proteine, die als potentielle Ribonukleasen annotiert wurden, charakterisiert werden. Die Untersuchungen sollen in H. volcanii durchgeführt werden, der sehr leicht genetisch zu manipulieren ist, dessen Genom sequenziert und annotiert ist, zu dem es ein Reportergen-System gibt und für den wir in einem parallelen Projekt ein Knock-Down System etablieren. Erst kürzlich wurde eine Methode entwickelt, mit der die Genexpression in Prokaryoten reprimiert werden kann (CRISPRi). Das ist ein wichtiges Werkzeug, um essentielle Gene in vivo zu studieren, das wir hier auch für die essentiellen Enzyme tRNase Z und Spleiß-Endonuklease anwenden wollen. Die Untersuchung und Identifizierung von Ribonukleasen in diesem Projekt wird Aufschluss über die Prozessierung und den Abbau der RNAs in H. volcanii geben und damit wichtige Daten zum RNA-Metabolismus in Archaeen liefern. Neue Erkenntnisse über die hier studierten RNasen sind auch für das RNA-Forschungsgebiet allgemein interessant, da RNasen mit Homologen zu bakteriellen und eukaryotischen Proteinen untersucht werden. Die Untersuchung der Ribonukleasen in Archaea ist auch vom evolutionären Aspekt sehr informativ. Zusätzlich zu den homologe Enzymen aus Bakterien und Eukaryoten, kann man erwarten, dass es auch archaea-spezifische RNasen gibt. Man hat also in der Zelle einen Mix aus Proteinen mit Eigenschaften aus allen drei Domänen. Wie diese Protein miteinander in der Zelle wechselwirken und der Vergleich ihrer Eigenschaften ist ein weiterer interessanter Aspekt dieses Projektes.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen