Strukturelle und funktionelle Charakterisierung nukleaseresistenter viraler RNA

• Antragstellerin: Dr. Anna-Lena Steckelberg
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 363751433

RNA-Abbau ist ein zentrales Element der eukaryotischen Genexpression, das an der Aufrechterhaltung von konstanten RNA-Konzentrationen in der Zelle und der Eliminierung nicht-funktionaler, alter oder defekter Transkripte beteiligt ist. Die meisten zytoplasmatischen RNA werden durch einen von zwei exonukleolytischen Mechanismen verdaut: 5'-3'-Abbau durch die Exonuklease XRN1 oder 3'-5'-Abbau durch den Exosomenkomplex. Trotz der wenig selektiven Natur eukaryotischer Exonukleasen weisen individuelle RNA-Spezies sehr unterschiedliche Umsatzraten auf, was darauf hindeutet, dass RNA-Abbau ein stark regulierter Prozess ist. Bis heute wissen wir erstaunlich wenig über die spezifischen Eigenschaften, die die Abbauraten von eukaryotischen RNA bestimmen. Das hier beschriebene Projekt wird einen besonders faszinierenden Mechanismus der Exonukleaseregulation untersuchen, der von Viren genutzt wird, die ihr Genom durch spezielle dreidimensionale RNA-Strukturelemente vor exonukleolytischem Verdau schuetzen.Exonuklease-resistente virale RNA-Strukturen wurden zunächst in Flaviviren (wie z. B. Dengue und Zika-Virus) identifiziert. Ein komplexes RNA-Strukturelement schuetzt die flavivirale 3'UTR vor 5'-3'-Abbau durch XRN1, was zur Akkumulation viraler nicht-kodierender RNA in infizierten Zellen fuehrt. Die zentrale Rolle von XRN1 fuer den eukaryotischen RNA-Abbau deutet darauf hin, dass andere virale (oder zelluläre) RNA ähnliche Mechanismen entwickelt haben könnten. Dementsprechen konnte ich eine kurze RNA-Sequenz in pflanzenpathogenen Dianthoviren identifizieren, die RNA vor dem Abbau durch XRN1 schützt. Interessanterweise gibt es keine Sequenzähnlichkeit zwischen den XRN1-resistenten flaviviralen Strukturen und dem neu entdeckten dianthoviralen nukleaseresistenten RNA-Element, was auf einen völlig unabhängigen Mechanismus der Nukleaseresistenz schliessen laesst.Das hier vorgeschlagene Projekt beschreibt die funktionelle und strukturelle Charakterisierung der neu identifizierten nukleaseresistenten Dianthovirus-RNA durch biochemische, zellbiologische und strukturbiologische Methoden. Es ist mein Ziel, ein detailliertes molekulares Modell für die RNA-basierte Exonukleasehemmung zu erstellen. Darueber hinaus werde ich das neu gewonnene Wissen ueber virale XRN1-Resistenz nutzen, um nach weiteren nukleaseresistenten RNA-Strukturen in viralen und eukaryotischen Genomen zu suchen. Dieses Experiment koennte möglicherweise zeigen, ob RNA-basierte Exonukleasehemmung weiter verbreitet ist als bisher angenommen. Zusammengenommen wird meine Arbeit zeigen, wie verschiedene RNA-Strukturelemente selektiv vor exonukleolytischem Abbau schuetzen koennen und somit erheblich zu unserem Verstaendnis der Regulation des zellulaeren RNA-Abbaus beitragen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Jeffrey Kieft, Ph.D.