Evolutionäre Konservierung von Proteinfunktionen durch 3'UTR-vermittelte Protein-Protein-Interaktionen

• Antragstellerin: Dr. Sibylle Mitschka
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 362707874

Genomweite Expressionsstudien haben gezeigt, dass ungefähr die Hälfte aller menschlichen Gene unterschiedliche mRNA Transkripte durch alternative Polyadenylierung bildet, was erheblich zur Vielfalt und Komplexität des Transkriptoms beiträgt. Die biologische Bedeutung dieser alternativen mRNA Varianten, die sich in der Mehrzahl der Fälle nur in den nicht-proteinkodierenden 3'-untranslatierten Regionen (3'UTRs) unterscheiden, ist weiterhin nicht hinreichend geklärt. Bisher beschäftigte sich die Forschung vor allem mit der Rolle von mRNA-Sequenzelementen die zur Regulierung der Menge des gebildeten Proteins beitragen, z.B. durch miRNA-vermittelte Effekte. Eine kürzlich veröffentliche Studie von Berkovits und Mayr (Nature, 2015) hat jedoch gezeigt, dass 3'UTRs jedoch auch die Funtion des kodierten Proteins beeinflussen können. als Andockstelle für RNA-bindende Proteine dienen können, um bereits während der Translation Proteininteraktionen zu vermitteln. Konkret konnte gezeigt werden, dass Protein welches aus mRNAs mit der langen 3'UTR des Gens CD47 gebildet wird eine deutlich bessere Lokalisation zur Plasmamembran zeigt als CD47 Protein mit identischer Aminosäuresequenz welches aus mRNAs der kurzen 3'UTR-Variante entsteht. mRNAs mit der kurzen 3'UTR hingegen führen zur Bildung von Protein das zum Großteil intrazellular verbleibt und dort eine anti-apoptotische Rolle spielt. Dieser Mechanismus, der eine neue Ebene der Regulation von Proteinfunktionen darstellt, ist explizit unabhängig von der Lokalisation der mRNA und könnte für eine Vielzahl von Proteinen eine wichtige Rolle spielen.An diese Erkenntnisse anknüpfend, zielt die vorgeschlagene Arbeit meines Stipendienantrags auf die weitere Erforschung der Bedeutung dieser Transkripte in der Regulation von Proteinfunktionen ab. Ich möchte dafür das Proteininteraktom von vier ausgewählten Kandidatengenen (RAC1, GSK3B, PTEN und YAP1) analysieren und dabei nach spezifischen Interaktoren suchen von Proteinen die entweder aus der langen oder der kurzen 3'UTR-Variante gebildet werden. Durch den Vergleich der isoform-spezifischen Protein-Interaktoren von Mensch- und Hühnchen-Homolog dieser Gene möchte ich insbesondere die Frage beantworten, ob 3'UTR-vermittelte Proteininteraktionen als genereller Mechanismus zur Regulierung von Proteinfunktionen evolutionär konserviert sind. Des Weiteren möchte ich erforschen welche Vorgänge auf molekularer Ebene die Spezifität der 3'UTR-vermittelten Proteinrekrutierung steuern.Die ausgewählten Kandidatengene sind sowohl im kodierenden als auch im nicht-kodierenden Bereich der mRNA hoch konserviert, und nachweislich in der Entstehung unterschiedlicher humaner Erkrankungen involviert sind. Die Aufklärung der Mechanismen die zur funktionellen Regulation dieser Protein beitragen ist darum von besonderer Bedeutung. Insgesamt wird diese Untersuchung wertvolle Erkenntnisse liefern hinsichtlich der Rolle von 3'UTRs zur Regulation von Proteinfunktionen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Dr. Christine Mayr