Eine integrierte transkriptomisch-proteomische Analyse von Temperatur-abhängigem alternativen Spleißen

• Antragsteller: Professor Dr. Florian Heyd; Professor Dr. Matthias Selbach
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410548040

Alternatives Spleißen (AS), die unterschiedliche Kombination verschiedener Exons aus einer prä-mRNA, erzeugt eine Vielzahl von Transkripten aus einem einzigen Gen und spielt eine wichtige Rolle in vielen (patho)physiologischen Prozessen. Durch die Entwicklung von Next Generation Sequencing (NGS) Technologien sind alternative Spleißvorgänge auf RNA-Ebene in verschiedenen Organsimen gut untersucht. In Gegensatz dazu ist der Nachweis verschiedener Isoformen eines Proteins aufgrund technischer Limitationen sehr schwierig, so dass nur vergleichsweise wenige Spleißvarianten auf Proteinebene nachgewiesen wurden. Die Rolle von AS für die Diversität des Proteoms ist daher weitgehend ungeklärt. Im vorliegenden Projekt werden wir diese grundlegende Fragestellung mit einer einzigartigen Kombination aus transkriptomischen, proteomischen und funktionellen Ansätzen untersuchen. Als biologisches Modell werden wir Körpertemperatur-abhängiges AS nutzen, da dies (i) relevant für den circadianen Rhythmus in Säugern ist, (ii) wichtig bei der Immunantwort mit Fieber ist, (iii) der Prozess evolutionär konserviert ist und (iv) sich einfach in Zellkulturexperimenten nachvollziehen lässt. In früheren Arbeiten haben wir hauptsächlich Änderungen auf RNA-Ebene analysiert und konnten zeigen, dass Temperatur-abhängiges AS weit verbreitet und über verschiedene Zelllinien und Spezies konserviert ist. In diesem Projekt werden wir nun untersuchen, welche Konsequenzen die Veränderungen auf RNA-Ebene auf Protein-Isoformen auswirken, und welche funktionellen Konsequenzen sich daraus ergeben. Hierfür wird das Chen-Labor neue NGS Methoden nutzen, um Transkripte in voller Länge und deren Translation bei verschiedenen Temperaturen umfassend zu katalogisieren. Das Selbach-Labor wird einerseits etablierte proteomische Technologien verwenden und gleichzeitig neue Methoden entwickeln, um das Steady State Niveau sowie die Proteinsynthese und Degradation auf Ebene einzelner Isoformen zu quantifizieren. Die Kombination dieser Daten wird die fundamentale Frage beantworten, in welchem Ausmaß AS zur Proteom Vielfalt beiträgt. Die biologische Funktion ausgewählter Temperatur-abhängiger alternativer Spleißvorgänge wird dann im Heyd-Labor untersucht. Dieses Projekt basiert auf der kombinierten und komplementären Expertise und der langjährige Zusammenarbeit der drei beteiligten Labore. Es wird die bislang umfassendste systematische Analyse von AS auf Transkriptom und Proteom Ebene in einem biologisch äußerst relevantem Modellsystem liefern. Wir rechnen mit einzigartigen Einblicken in die Funktion von alternativem Spleißen und gleichzeitig neuen Erkenntnissen zu Temperatur-abhängiger Kontrolle der Genexpression in Säugern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Dr. Wei Chen