Eine Multidimensionale Untersuchung der dsRNA-bindendeproteine DHX9 und ADAR1

• Antragstellerin: Dr. Tugce Aktas, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 456668871

Der Großteil des eukaryotischen Genoms besteht aus nicht-kodierender DNA, die komplexe Regulationsmechanismen für die Genexpression beinhaltet. Transponierbare Elemente (TEs) machen die Hälfte des menschlichen Genoms aus und werden exprimiert während der Transkription kodierender DNA. Mechanismen der Genregulation können daher nicht von den sehr häufig vorkommenden, repetitiven TEs entkoppelt werden. Bedeutende Hinweise weisen TEs eine Rolle bei der Chromatinregulierung zu, jedoch ist es weitgehend unbekannt, was ihre Funktion bei der co-transkriptionalen und post-transkriptionalen RNA-Verarbeitung ist. Im Laufe der Evolution erfolgen TE-Insertionen in Wellen, bei denen ihre Kopienzahl im Wirtsgenom plötzlich ansteigt. Während dieser Invasionsereignisse können neue RNA-bindende Proteine (RBP) entstehen oder vorhandene kooptiert werden, um bspw. zu verhindern, dass viele TE-Insertionen in proteinkodierende Regionen eingebaut werden. Wir identifizierten die RNA-Helicase DHX9 und die RNA-Editase ADAR1 als zwei doppelsträngige RNA (dsRNA) bindende Proteine, die ihre enzymatische Aktivität auf ursprünglich repetitive-hochstrukturierte RNAs ausüben. Im humanen Genom arbeiten diese zwei Proteine auf demselben Substrat (Alu-Alu-Paare) und winden diese RNA-Sekundärstrukturen auf. Darüber hinaus, bindet DHX9 murine SINE-B-Repeats, welche sich divergent von Alu-Repeats der Primaten entwickelt haben. In Abwesenheit von DHX9 stellten wir Defekte der RNA-Prozessierung fest, wie bspw. Rückspleißen, Defekte der Transkriptionstermination und Suppression der Translation von mRNA mit angereicherten invertierten Alu-Elementen an ihren 3’UTRs. In unserer biochemischen Interaktom-Analyse identifizierten wir die Interferon-induzierte Isoform von ADAR1 (p150) als direkten Interaktionspartner von DHX9 und zeigten, dass diese Interaktion vom Nagetier bis zum Primaten konserviert ist. Diese Interaktion könnte vor der Divergenz der SINE-Repeats entstanden sein und möglicherweise virale Invasoren entgegnet haben. In diesem Antrag, schlagen wir eine integrierte und mehrdimensionale Analyse von DHX9 und ADAR1 und ihrer Rolle zur Ermöglichung der TE Expansion im Laufe der Evolution vor. Zuerst wird eine Analyse zeitlich definierter RNA-Prozessierungsdefekte durchgeführt, um die Reihenfolge und ihre Abhängigkeit von DHX9 und/oder ADAR1 zu verstehen. Darüber hinaus werden wir unvoreingenommene Screens durch den Einsatz multipler Genomikmethoden durchführen, um das Netzwerk der RBPs zu identifizieren, welche im Zusammenarbeit mit DHX9 und ADAR1 eine korrekte RNA-Prozessierung im Zellkern gewährleisten. Letztendlich werden wir RNA-Topologiedaten nach Degradierung von DHX9 und/oder ADAR1 generieren und zusammen in einem integrativen Modell erfassen. Dies wird das komplexe Netzwerk von dsRNA und RBPs im Zellkern widerspiegeln und Einblick darüber geben, welchen Einfluss, die auf TE spezialisierte RBPs auf die Genomevolution hatten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen