Entschlüsselung überlappender regulatorischer Signale in viralen Transkripten

• Antragsteller: Professor Dr. Dmitrij Frishman
• Fachliche Zuordnung: Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431436008

Das vorranginge Ziel des Projektes ist die Computergestützte Untersuchung regulatorischer Signale in viralen Transkripten, welche in allen Phasen des viralen Replikationszyklus von essentieller Bedeutung sind. Viele davon unterscheiden sich grundlegend von den Signalen zellulärer Organismen und sind auf Taxonomie-spezifische biologische Eigenschaften der Viren angepasst. Die Weiterentwicklung von Viren zielt darauf ab, einen Wirtsorganismus zu befallen und dessen Intrazelluläre Ressourcen auszubeuten. Im Zuge dessen findet eine erhebliche Selektion für effiziente Replikation statt. Aufgrund der Virusinfektion sind die Zellen extremem Stress ausgesetzt, und der Virus muss in der Lage sein sich in dieser ungewöhnlichen intrazellulären Umgebung zu replizieren. In Folge dessen tendieren Viren dazu ungewöhnliche regulatorische Prozesse auszuüben, welche in zellulären Organismen sehr selten (oder gar nicht existent) sind. Wir erwarten daher, dass unterschiedliche virale Gruppen verschiedene Signale als Teil ihrer Reproduktionsstrategie verwenden, und zweifellos sind viele, wenn nicht die Mehrheit bisher noch nicht bekannt.Die Wissenschaftliche Zielsetzung des Projektes setzt sich wie folgt zusammen:- Entwicklung einer Reihe von Algorithmen um Regionen in Transkripten mit ungewöhnlichen Mustern der Nukleotid-/Codon Zusammensetzung zu identifizieren. Das beinhaltet unter anderem den Codon und Codon Paar bias, variierende Faltungsdichte entlang des Transkriptes, Potentielle RNA- und Proteinbindestellen, über- und unterrepräsentierte Sequenzmotive, als auch Eigenschaften welche für die Decodierungsrate relevant sind- Durchführung einer groß angelegten Auffindung von überlappenden und funktionellen Codes in allen relevanten viralen genomischen Datensätzen- Biologische Interpretation der Ergebnisse und die Erstellung theoretischer Modelle, welche die Relevanz der gefundenen Signale für die Translation der mRNA und die Co-Translationale Proteinfaltung erläutern.Die technischen Ziele des Projektes sind wie folgt:- Entwicklung einer Software Pipeline zur Auffindung und Interpretation funktioneller Informationen in viralen Transkripten- Erstellung einer öffentlich verfügbaren Datenbank mit den relevanten Vorhersagen. Die im Projekt gefundenen regulatorischen Signale werden nach Art des Virus, Ort des Signals, und vorhergesagter Funktionalität organisiert. Eine Infrastruktur zur vergleichenden Analyse verschiedener Viren wird bereitgestellt. Die Datenbank wird es Wissenschaftlern aus dem Feld ermöglichen unsere Ergebnisse zu validieren und weiter daran zu forschen.Wir erwarten, dass die vorgeschlagene Studie wichtige Auswirkungen sowohl auf die Grundlagenforschung also auch auf die angewandte Forschung haben wird. Sie wird helfen die Evolutionären Einschränkungen die auf virale Transkripte wirken besser zu verstehen, und wertvolle Informationen für die Herstellung neuer Impfstoffe und anti-viraler Therapien liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• ausländische Mitantragsteller: Professor Danny Barash, Ph.D.; Professor Dr. Tamir Tuller