Die Entfernung der mRNA Kappe durch ApaH ähnliche Phosphatasen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Susanne Kramer
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie ; Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398051313

Jede eukaryotische mRNA trägt an Ihrem 5´ Ende eine m7-Methylguanosin (m7G) Kappe. An Ihrem Lebensende wird die Kappe durch ein ‘Decapping’ Enzym entfernt und anschließend wird die mRNA 5´ nach 3´exonucleolytisch abgebaut. Der Prototyp des ‘decapping’ Enzyms ist das Nudix-Domänen Protein Dcp2. Kinetoplastida haben kein Dcp2 Orthologue und wir haben kürzlich entdeckt, dass sie stattdessen eine ‘ApaH-like’ Phosphatase verwenden, ein Alph. Alphs stammen vom bakteriellen ApaH Protein ab. Proteine aus dieser Familie gibt es in vielen Eukaryoten, aber neben dem Trypanosomen Alph is nur noch die Funktion eines weiteren Proteins bekannt: Alph aus der Hefe spaltet Polyphosphat in der Vakuole.In der ersten Förderperiode haben wir das neuartige mRNA „decapping“ Enzym aus dem Kinetoplastida Trypanosoma brucei in vitro charakterisiert. Das Enzym hat eine breite Substratspezifizität, die sogar Cap-Analoge ohne RNA einschließt und nur von der katalytischen Domäne des Enzymes abhängig war, nicht jedoch von seinen N- und C-terminalen Sequenzen. Wir haben in allen eukaryotischen Proteomen nach Alph Proteinen gesucht, um herauszufinden, ob es noch andere Alph „Decapping“- Enzyme geben könnte. Mit Ausnahme der Kinetoplastida, haben Eukaryoten entweder keine Alph Proteine, oder die Proteine sind nicht im Zytoplasma. Überraschenderweise haben alle Alphs die wir getestet haben „Decapping“-Aktivität. Die breite Substratspezifität der Alphs könnte die Ursache für einen Selektionsdruck gegen die Anwesenheit eines cytoplasmatischen Alph Proteins in Eukaryoten sein, um mRNAs von unreguliertem „decapping“ und Abbau zu schützen. Nur Kinetoplastida ist es gelungen, die mRNA „decapping“ Aktivität zu Ihrem Vorteil auszunutzen, vermutlich wird diese Aktivität durch die N- und C-terminalen Domänen reguliert.Der nächste Schritt ist es jetzt herauszufinden, wie diese Regulation funktioniert. Wir haben bereits begonnen, die Proteine zu identifizieren, die an Alph binden und wir analysieren gerade die Phenotypen von Zelllinien mit verkürzten oder mutierten Alph Varianten. Wir benötigen weitere 18 Monate, um diese in vivo Studien abzuschließen und den Mechanismus und die Regulation des Trypanosomen Alphs im Detail zu verstehen. Trypanosomen Alph ist erst das zweite Alph Protein das funktional charakterisiert wird und unsere Daten tragen zu einem besseren Verständnis dieser Enzym-Familie bei.Da Alph ein essentielles Protein in Trypanosomen ist, es aber keine Alph Proteine im Menschen gibt, ist das Protein auch ein vielversprechendes Ziel für Medikamente gegen Schlafkrankheit, Leishmaniasis und Chagas Krankheit. Wir kollaborieren daher mit Maria Gorna in Warschau, um die Struktur zu bestimmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen