Dynamik von RNA Modifikationen und deren Auswirkung auf neurologische Erkrankungen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Stefanie Kaiser
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Analytische Chemie ; Pharmazie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 373254728

RNA und deren Modifikationen sind dynamisch in der zelluären Stressantwort reguliert. Daher ist es nicht überraschend dass Mutationen in RNA-modifizierenden Genen die Ursache vieler Krankheiten sind. Mein Forschungsantrag konzentriert sich auf die Rolle von RNA Modifikationen in neuronalen Erkrankungen und wagt sich hiermit in das neue Feld der Epitranskriptomik (manchmal auch RNA Epigenetik genannt). Das Projekt ist in drei Ziele untergliedert um die Fragestellung nach der dynamischen Natur von RNA Modifikationen in Zusammenhang mit neuronalen Krankheiten zu beantworten. In Ziel 1 werden wir Mutanten und Knock-down Zellinien von RNA modifizierenden Enzymen (RNA Writer) generieren, welche mit neuronalen Krankheiten im Zusammenhang stehen. Wir werden die wichtisgten RNA wie tRNA, rRNA und mRNA sowie spezielle RNAs wie tRNA Fragmente und miRNA aufreinigen um ihr Modifikationsprofil zu erfassen. Durch unsere neue Technik, Isotopenmarkierung von Nukleinsäuren gekopppelt mit Massenspektrometrie (nucleic acid isotope labeling coupled mass spectrometry, NAIL-MS) werden wir die Stabilität der RNAs in Abhängigkeit ihres Modifikationsprofils untersuchen. Mit Hilfe der NAIL-MS Technik werden wir ausserdem die Dynamik von RNA Modifikationen in den Mutanten und Wildtyp Zelllinien untersuchen und vergleichen. Diese Experimente werden aufzeigen welche Mechanismen der epitranskritpomischen Stressantwort zu Grunde liegen und ob es RNA Demodifikationsenzyme (RNA Eraser) gibt. Vergleichende Proteomic-Analytik wird angewandt werden um die molekularen Folgen der aus dem Gleichewicht geratenen RNA Modifikation darzustellen.In Ziel 2 werden wir die Interaktionspartner kleiner nicht-kodierender RNA, welche in neuronalen Erkrankungen übermäßig entstehen wie z.B. tRNA Fragmente, untersuchen. Wir werden das Interaktom von nativ-modifizierter RNA und synthetisch-unmodifizierter RNA vergleichen. Dieser Ansatz beanwtortet die Frage welche Netzwerke durch Mutationen in RNA Writern betroffen sind. Ein weiterer Teil von Ziel 2 beschäftigt sich mit dem Schicksal von tRNA Fragmenten in der Zelle. Sind diese RNAs Substrate für RNA Writer und/oder RNA Eraser? Zudem wollen wir den Einfluss des Modifikationsprofils auf die subzellulare Lokalisation der RNAs untersuchen.Ziel 3 befasst sich mit den Beobachtungen von Ziel 1 und 2. Wir werden prüfen ob es RNA Eraser gibt und welche Enzyme dafür in Frage kommen. In ähnlicher Weise werden wir nach neuartigen RNA Writern suchen und prüfen ob bekannte RNA Writer auch andere Substrate haben können. Mit unseren entwickelten Methoden werden wir nach bislang unbekannten kleinen RNAs suchen, welche bei Stress oder in den Mutanten angereichert werden. Hierbei wollen wir herausfinden wie diese RNA in der Zellhomöostase eingreifen.Die vorgeschlagenen Experimente schaffen eine Verbindung zwischen RNA Writer Mutationen, die aus Patienten mit neuronalen Erkrankungen bekannt sind, und der derzeit nur wenig verstandenen Krankheitsentstehung.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: Triple Quadrupol Massenspektrometer
• Gerätegruppe: 1700 Massenspektrometer