Entwicklung von Kappen-geschützter mRNA zur optochemischen Kontrolle der Translation in eukaryotischen Zellen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Andrea Rentmeister
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390706730

Licht ist ein vielseitiges regulatorisches Werkzeug, da es nicht-invasiv und vollständig orthogonal zu den meisten zellulären Bestandteilen ist. Seine Anwendung kann zeitlich und örtlich in Geweben, Zellen und sogar subzellulären Bereichen kontrolliert werden. Optochemische Ansätze ermöglichen bereits in vielfältiger Weise die Kontrolle der Genexpression auf der Ebene von DNA, mRNA und Proteinen. Eine effiziente Methode zur Induktion der Translation einer exogenen mRNA mit räumlicher und zeitlicher Kontrolle fehlt jedoch.Wir schlagen einen innovativen und sehr flexiblen Ansatz vor, um die Translation von exogener mRNA mit räumlicher und zeitlicher Kontrolle anzuschalten. Hierfür werden wir eine chemo-enzymatischen Route entwickeln, um die mRNA-Kappe mit photospaltbaren Gruppen zu modifizieren und die Translation der mRNA komplett zu blockieren. Wir werden die hoch promiskuitive N7-Kappen-Methyltransferase Ecm1 verwenden und neue Analoga des Kosubstrats S-Adenosyl-L-methionin (AdoMet) synthetisieren. Basierend auf unseren vorherigen Arbeiten wissen wir, dass Modifikationen an der N7-Position der Kappe die Translation vollständig blockieren können, da sie die empfindliche Wechselwirkung der Kappe mit dem Translationsinitiationsfaktors eIF4E beeinträchtigen. Wir werden anschließend die Licht-induzierte Entfernung dieser Photoschutzgruppen etablieren, um letztendlich die kanonische Kappe zu rekonstituieren und dadurch effiziente Translation der betreffenden mRNA in Säugerzellen auszulösen.Wir werden unseren Ansatz zunächst in vitro etablieren und dann in Säugerzellen zur Anwendung bringen, indem wir quantifizierbare Reporter-mRNAs nutzen. Zuletzt wollen wir herausfinden, ob die optochemische Kontrolle von Kappen-geschützter mRNA eingesetzt werden kann, um einen physiologischen Prozess mit räumlicher und zeitlicher Kontrolle auszulösen, indem wir die Translation von Caspase-mRNAs aktivieren und die zu erwartende Apoptose analysieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen