Charakterisierung von Faktoren und Mechanismen der Translationskontrolle von TOP-mRNAs

• Antragsteller: Professor Dr. Utz Fischer; Professor Dr. Jörg Vogel
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 313643704

Eine Hauptaufgabe von proliferierenden Zellen ist die Synthese und der Erhalt der Translationsmaschinerie, einschließlich der ribosomalen Proteinen, Translationsfaktoren und mRNP assoziierten Proteinen. Da dieser Prozess einen großen Anteil der zur Verfügung stehenden metabolischen Energie in Anspruch nimmt, wird er durch mitogene und metabolische Signale streng reguliert. In Säugetierzellen erfolgt dies auf der Ebene der post-transkriptionalen Regulation und betrifft direkt die mRNAs, welche für die Proteine der Translationsmaschinerie codieren. All diese mRNAs enthalten ein einzigartiges regulatorisches Sequenzelement in cis, das als 5' Terminal OligoPyrimidine (TOP) Motiv bezeichnet wird und als Bindungsstelle für den Translationsrepressor Larp1 fungiert. Unter Nährstoffmangel wird Larp1 in einer mTORC1-abhängigen Reaktion an das TOP Motiv rekrutiert, was zur Bildung eines stabilen sub-polysomalen mRNPs führt. Dieser Vorgang ist reversible, was die Rückkehr zum normalen Translationsmodus unter verbesserten Nährstoffbedingungen erlaubt. In den letzten Jahren konnte die Rolle von Larp1 als ein Schlüsselfaktor bei der TOP mRNA Regulation von mehrere Labors gezeigt bzw. bestätigt werden. Über den funktionellen Status der TOP mRNPs unter Nährstoffmangel sowie deren biochemische Zusammensetzung und Degradationsschutz ist hingegen nur sehr wenig bekannt. In der ersten Förderperiode des SPPs haben wir die Grad-seq Technik für Säugetierzellen etabliert und zeigen können, dass sie die globale Analyse der TOP mRNP Regulation in Zellextrakten ermöglicht. Im Gegensatz zu früheren Berichten die andeuteten, dass TOP mRNPs bei Nährstoffmangel völlig von der Translationsmaschinerie separiert werden zeigen unsere Befunde, dass TOP-mRNPs in einen basalen Translationsmodus gezwungen werden. Dieser ungewöhnliche Modus ist nicht bei normalen (non-TOP) mRNAs zu beobachtet und sehr wahrscheinlich durch drastisch reduzierte Translationsinitiationsraten verursacht. Aufbauend auf diese Daten möchten wir in der nächsten Förderperiode a) die Nährstoffmangel-induzierten TOP-mRNPs biochemisch charakterisieren, b) Faktoren funktionell untersuchen, welche die TOP mRNA Regulation einschließlich der von uns entdeckten basalen Translation ermöglichen und c) Einblicke in den Prozess erhalten, der die Rückkehr der TOP mRNPs in den normalen Translationsmodus erlauben.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1935: Deciphering the mRNP code: RNA-bound determinants of post-transcriptional gene regulation