Genetische Kontrolle des Stoffwechsels: das Regulome der Eisen-regulatorischen Proteine

• Antragsteller: Dr. Bruno Galy, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317539369

Die Veränderung des Metabolismus ist einer der Schlüsselprozesse in der Zelle, auf Umwelteinflüsse oder Tumorigense zu reagieren. Obwohl posttranskriptionelle Regulierungen eine Schlüsselrolle bei der Gestaltung des Proteoms spielen, wurde die genetische Kontrolle des Stoffwechsels bisher vor allem auf der Ebene der Transkription untersucht. Der Eisenstoffwechsel eignet sich hervorragend, um die posttranskriptionelle Regulation von Stoffwechselprozessen zu studieren. Denn tatsächlich wird die Eisenhomöostase von zwei RNA-bindenden Faktoren, den Iron Regulatory Proteins (IRP) -1 und -2, aufrechterhalten. Diese binden an cis-regulatorische Elemente den sogennanten Iron Responsive Elements (IRE) und stellen dadurch die Proteinsynthese oder den Umsatz von bestimmten mRNAs sicher. Diese mRNAs kodieren für Proteine, die im Transport von Eisen oder dessen Lagerung eine wichtige Rolle spielen. Unser Wissensstand über das IRP Regulon beschränkt sich allerdings aktuell auf diese wenigen Eisenstoffwechsel-Gene. Eisen spielt jedoch auch als Co-Faktor in anderen biologischen Prozessen eine tragende Rolle: DNA-Synthese und Reparatur, Epigenetik, Immunität, usw. Dies lässt vermuten, dass der Eisenstoffwechsel mit weiteren zellulären Prozessen verknüpft ist. Wir nehmen an, dass die IRPs eine zentrale Verbindung zwischen dem Eisenstoffwechsel und diesen Prozessen darstellen. Das bedeutet auch, dass der regulatorische Umfang der IRP / IRE-System weit über unseren derzeitigen Kenntnisstand reicht und es möglicherweise weitere IRP-Zielgene zu identifizieren gilt. Kürzlich entwickelte Hochdurchsatz-Technologien bieten nun die Möglichkeit, posttranskriptionelle regulatorische Netzwerke im systemweiten Maßstab zu erforschen. Dazu gehören UV-Vernetzung, Immunpräzipitation (CLIP) und Deep Sequencing, die die Kartierung von nativen RNA-Protein-Kontaktpunkten ermöglichen. Die Kombination von CLIP mit globalen Untersuchungen der mRNA-Translation und / oder RNA Dynamik erlaubt außerdem die genaue Identifizierung funktioneller Bindestellen für RNA-bindende Proteine. Wir möchten diese modernen Technologien nutzen und zusätzlich mittels Polysomen-Profiling und der Erforschung der RNA- Dynamik ein umfassendes Repertoire an funktionellen IRP-Bindungsstellen im Transkriptom bestimmen. Dieser integrative Ansatz wird in vivo, in Zellen in ihrem natürlichen Kontext unter Verwendung von IRP- Mausmodellen, durchgeführt. Ziel dieser Arbeit ist es, neue Facetten des IRP / IRE regulatorischen Netzwerks zu enthüllen und außerdem die Verbindung mit anderen Stoffwechselprozessen zu entschlüsseln und zu verstehen. Da das IRP / IRE-System ein archetypisches Beispiel der posttranskriptioneller Genregulation ist, sind wir überzeugt, dass unsere Arbeit Schule für die in-vivo-Untersuchung von Gen-Kontrollsystemen mit ähnlichen Eigenschaften machen wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen