Mechanismen der Hfq-vermittelten Genexpressionsregulierung durch kleine regulatorische RNAs in Clostridium difficile

• Antragstellerin: Professorin Dr. Franziska Faber
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441649355

Kleine nicht-codierende RNAs (sRNAs) sind wichtige Modulatoren der post-transkriptionellen Genregulation in vielen pathogenen und nicht-pathogenen Bakterien, die sowohl zellphysiologische als auch Virulenz Funktionen regulieren. Das RNA Chaperon Hfq ist ein wichtiger Regulator dieses Prozesses, indem es die imperfekte Basenpaarung zwischen sRNAs und deren Zielgenen katalysiert. In vielen Gram-positiven Bakterien, wie z.B. Clostridium difficile (C. difficile), ist die Bedeutung von Hfq für die RNA-basierte Regulation bisher jedoch wenig verstanden.Unsere Vorarbeiten zeigen nun erstmalig, dass Hfq in C. difficile eine globale sRNA-bindende Funktion besitzt und ein dynamisches Spektrum an sRNAs unter verschiedenen Wachstumsbedingungen bindet. Unsere Analysen identifizieren außerdem potentielle regulierte Zielgene, welche unter anderem für Untereinheiten des Sticklandenzyms Glycin Reduktase kodieren. Sticklandreaktionen sind zentrale Stoffwechselfunktionen, die nicht nur für das Wachstum von C. difficile wichtig sind, sondern auch die Toxin Produktion als einen der Hauptmerkmale der Virulenz des Erregers beeinflussen.Wir stellen daher die Hypothese auf, dass sRNAs die Anpassung von C. difficile an Umweltbedingungen modulieren, die mit dem Infektionsprozess assoziiert sind.Mit Fokus auf Hfq-gebundene sRNAs werden wir die molekularen Mechanismen dieser Regulation charakterisieren und weitere Zielgene mit Einfluss auf die Pathogenese identifizieren. Um weiterhin deren Einbindung in globale regulatorische Netzwerke zu charakterisieren werden wir mithilfe einer innovativen RNA-seq basierten Methode (RIL-seq) simultan alle sRNA Interaktionen in vivo unter verschiedenen Infektions-relevanten Wachstumsbedingungen erfassen. Langfristig wollen wir die Erkenntnisse aus diesen grundlegenden Forschungsprojekten nutzen, um Antisense-RNA-basierte Antibiotika zu entwickeln, die durch ihren Sequenz-spezifischen Wirkmechanismus eine Alternative zu konventionellen Breitbandantibiotika darstellen. Hierfür wollen wir die identifizierten Mechanismen der RNA-basierten Genregulation in C. difficile nutzen, um Regeln der Programmierung solcher Antisense-Antibiotika zu definieren und geeignete Zielgene und Zielsequenzen für die Anwendung in C. difficile zu identifizieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen