Kombination von transkriptomweiten und strukturbiologischen Ansätzen zur Untersuchung der SHE-Bindung an RNA-Lokalisationselement in der Bäckerhefe

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Julian König, Ph.D.; Professor Dr. Dierk Niessing; Professorin Dr. Katharina Zarnack
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie ; Bioinformatik und Theoretische Biologie ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 270067186

Während der asymmetrischen Zellteilung von Saccharomyces cerevisiae werden die ASH1-mRNA und weitere Transkripte aktiv in die wachsende Knospe transportiert, um so zwei Tochterzellen mit unterschiedlicher Identität zu erzeugen. Ein zentraler Faktor in diesen Textbuchbeispiel für RNA-Lokalisation ist das RNA-bindende Protein (RBP) She2p. Als Teil der SHE-Maschinerie assoziiert She2p mit seinen Cargo-mRNAs im Zellkern und betreibt deren subzelluläre Lokalisation im Zytoplasma. Während dieses Prozesses ist She2p in Subkomplexe mit verschiedenen Adapterproteinen eingebunden, insbesondere mit Loc1p im Zellkern und She3p im Zytoplasma, welche die Bindung von She2p an die RNA-Lokalisationselemente (LEs) stabilisieren. In der ersten Förderperiode konnten wir aufdecken, wie She2p und She3p gemeinsam an die ASH1 LE RNA binden. Durch Kombination von Kristallographie und chemischer Strukturaufklärung konnten wir unmittelbar zeigen, wie die RNA nach Assoziation des Adapterproteins She3p eine veränderte Faltung annimmt. Basierend auf den detaillierten Strukturinformationen wurde ein einheitliches Muster (Descriptor) abgeleitet, welches es erlaubte, die Position von SHE-Bindestellen in bekannten Ziel-mRNAs in silico vorherzusagen. Beachtenswerter Weise konnten wir die She2p/She3p-Bindung an die neu vorhergesagten LEs in vitro bestätigen. Dies unterstreicht, dass unser Decriptor tatsächlich Hauptmerkmale der SHE-Erkennung widerspiegelt.In der zweiten Förderperiode beabsichtigen wir, unsere Analyse auf das Transkriptom-Level zu erweitern und zu untersuchen, wie LEs im Zellkern und Zytoplasma spezifisch durch die SHE-Maschinerie erkannt werden. Durch Kombination von in vivo und in vitro RBP-Bindeprofile mit Strukturbiologie und Bioinformatik werden wir erforschen, (i) welche LEs durch die SHE-Maschinerie im Zytoplasma erkannt werden, (ii) wie die SHE-Bindung sich während der nukleo-zytoplasmatischen Remodellierung des Transportkomplexes verändert, und (iii) welche RNA-Merkmale wichtig sind, um LEs zu definieren. Unser vereinter Ansatz erstreckt sich von globalen Bindemustern zu hochauflösenden Bindestudien und wird es uns ermöglichen, die kombinatorische Wirkung mehrere Proteine auf die SHE-Bindung und die mRNA-Lokalisation in diesem wichtigen Modellorganismus aufzuschlüsseln.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2333: Makromolekulare Komplexe in der mRNA Lokalisation