Translationskontrolle durch eIF2D: Von Ziel-mRNAs zu zell-spezifische Funktionen

• Antragsteller: Dr. Kent Duncan, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 402385549

Die Kontrolle der Genexpression auf der Ebene der Translation spielt eine wichtige Rolle für die Regulation der Menge bestimmter zellulärer Proteine. Dies ist von Bedeutung bei vielen menschlichen Krankheiten, z.B. bei Tumoren und bei neurologischen Erkrankungen. Wie bei anderen Schritten der Genexpression ist auch in der Translationskontrolle die Interaktion von RNA-bindenden Proteinen mit bestimmten mRNA-Elementen wichtig. Wie genau RNA-Sequenzen und ihre interagierenden Proteine bei der Kontrolle der Translation zusammenwirken, ist weiterhin unbekannt. Insbesondere ist nicht bekannt, wie dies in vivo in spezifischen Zellen eines multizellulären Organismus funktioniert. Das Ziel unserer Studie ist, die Funktionsweise der „nichtkanonischen“ Translationsregulierung in vivo in spezifischen Zelltypen zu erleuchten. Wir werden uns auf den RNA-bindenden und nichtkanonischen Translationsfaktor eIF2D (auch als Ligatin bekannt) fokussieren. Vor Beginn unserer Arbeiten war praktisch nichts über die in vivo Funktionen und die molekularen Ziel-mRNAs dieser Proteingruppe in multizellulären Organismen bekannt. Mit einer kombinierten in vivo/in vitro Methodik in Drosophila zeigten wir, dass der DENR-MCT-1 Komplex für die Reinitiation der Translation nach upstream open reading frames (uORFs) wichtig ist, um das Gewebewachstum zu fördern. Hier bauen wir diese Erkenntnisse und unsere Methodik aus, um das DENR-MCT-1 Homolog eIF2D zu charakterisieren. Um die Funktion von eIF2D zum ersten Mal in Tieren in vivo zu analysieren, haben wir eIF2DKO Drosophila erzeugt. Diese Tiere sind kaum unterscheidbar von Wildtyp-Tieren, bewegen sich aber deutlich langsamer und zeigen Defizite in den synaptischen Signalen zwischen Motoneuronen und Muskelzellen. Das Bewegungsdefizit kann durch Expression eines eIF2D -Transgens in Motorneuronen oder Muskelzellen komplett korrigiert werden. Diese Ergebnisse zeigen, dass eIF2D in diesen Zelltypen eine unerlässliche Rolle für die normale synaptische Transmission und für die Bewegung der Tiere spielt. Unser Hauptziel ist es jetzt, den Zusammenhang zwischen diesen sehr spezifischen Phänotypen in vivo und der Translationskontrolle bestimmter Ziel-mRNAs in Motorneuronen und Muskelzellen zu bestimmen. Wir werden zunächst die Ziel-mRNAs von eIF2D in diesen Zelltypen identifizieren. Danach werden wir die Mechanismen der Regulation dieser mRNAs genauer untersuchen. Letztlich werden wir in vivo Methoden verwenden, um den Zusammenhang zwischen der Regulation bestimmter mRNAs durch eIF2D in Motorneuronen und Muskelzellen und den spezifischen Funktionen dieser Zelltypen besser zu verstehen. Von unseren Ergebnissen erwarten wir einen Einblick wie die Regulierung der Translation sich auf zellspezifische Art in multizellulären Organismen auswirkt. Darüber hinaus werden wir im Rahmen dieses Projekts neue Methoden entwickeln, die generell für die Analyse der Translation in spezifischen Zelltypen in Organismen verwendet werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen