NMR-spektroskopische Untersuchung der dynamischen Grundlagen des molekularen Mechanismus von Riboswitchen, die Nukleotid-sekundäre-Botenmoleküle binden.

• Antragsteller: Professor Dr. Harald Schwalbe
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 314774469

Die zyklischen Dinukleotide, c-di-GMP, c-di-AMP, c-AMP-GMP und das Alarmon ZTP, sind nukleotidabgeleitete sekundäre Botenstoffe. Sie regulieren die Expression von Genen, die z. B. für die Ausbildung von Biofilmen, zelluläre Beweglichkeit, die Biosynthese der Zellwand, die Virulenz und die Exoelektrogenese in Bakterien verantwortlich sind. Die Regulation der Genexpression durch diese Moleküle erfolgt in vielen Fällen durch ihre spezifische Bindung an sogenannte Riboswitch-Elemente. Riboswitches sind RNA-basierte regulatorische Domänen in den 5-untranslatierten Bereichen von mRNAs, die entweder die Transkription oder die Translation beeinflussen können. In diesem Projekt werden wir die molekulare Basis der Riboswitch-basierten Genregulation durch zyklischen Dinukleotide untersuchen. Riboswitche funktionieren auf der Basis von durch die Ligandenbindung hervorgerufenen Veränderungen ihrer Konformation und Dynamik. Wir werden diese dynamischen Prozesse in den nukleotidbindenden Riboswitchen mit atomarer Auflösung mit Hilfe von modernen Methoden der Lösungs-NMR untersuchen. Insbesondere werden wir uns darauf fokussieren, die durch die Ligandenbindung hervorgerufenen strukturellen Änderungen und die funktionelle Dynamik dieser Riboswitche sowohl auf der Ebene der Aptamer-Domänen, der vollständigen Riboswitche als auch funktionell wichtiger Transkriptionsintermediate zu untersuchen. Mit diesem Ansatz werden wir die molekulare Basis für das Verständnis der konformationellen und dynamischen Kopplung zwischen Aptamerdomäne und Expressionsplattform verstehen und auch die beeindruckende Ligandbindungsspezifität ergründen. Unser Projekt wird zu einem besseren Verständnis der molekularen Basis der Funktion von Riboswitches beitragen, Strategien zur Adaptation von ähnlichen molekularen Funktionen an unterschiedliche Biotope aufdecken und hilfreich für das Design von Riboswitches mit Spezifität für künstliche Ligandenanaloga im Rahmen der synthetischen Biologie sein.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1879: Nucleotide Second Messenger Signaling in Bacteria