Ein strukturbiologischer und biochemischer Ansatz zur Untersuchung des Aufbaus und der Funktionalität von UPF1-basierten Degradosomen, die an dem Abbau funktionaler mRNAs in Eukaryoten beteiligt sind.

• Antragstellerin: Professorin Sutapa Chakrabarti, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 463158693

Dieser Antrag zielt darauf ab, die Zusammensetzung, Architektur und Funktion von Multiprotein-RNA-Komplexen, die von der RNA-Helikase UPF1 während des funktionellen mRNA-Umsatzes zusammengesetzt werden, mithilfe einer Kombination aus biochemischen, strukturbiologischen und zellkulturbasierten Methoden zu untersuchen. Weil der Abbau von mRNA ein wichtiger Schritt ist, haben Zellen Mechanismen entwickelt, um den Prozess des mRNA-Abbaus effizient zu gestalten. Eine der Möglichkeiten, um den Abbau funktioneller mRNA durchzuführen, ist abbaukompetente RNA-Protein-Komplexe zu bilden (auch Degradosomen). Das minimale Degradosom enthält eine RNA-Helikase und eine Ribonuklease, während komplexere Anordnungen zusätzlich eine Polymerase und ein „Sensor“-Protein, das den RNA-Abbau einleitet, enthalten können. Die Helikase UPF1, am besten bekannt für ihre Funktion im Nonsense-mediated mRNA Decay (NMD), ist auch an mehreren Abbauwegen beteiligt, die den Umsatz von funktioneller, zellulärer mRNA vermitteln. Während die molekularen Mechanismen von UPF1 im Zusammenhang mit einer NMD-Assemblierung sehr gut untersucht sind, ist vergleichsweise wenig über seine Rekrutierung und Funktionalität in anderen Wegen des mRNA-Abbaus bekannt. Daher schlage ich vor, zwei UPF1-abhängige mRNA-Umsatzwege zu untersuchen: den Staufen-vermittelten mRNA-Abbau (SMD) und den Abbau replikationsabhängiger Histon-mRNAs. Frühere Arbeiten legen nahe, dass UPF1 durch direkte Wechselwirkungen mit spezifischen trans-wirkenden Proteinfaktoren, Staufen im SMD-Signalweg und dem Stem Loop-bindenen Protein (SLBP) beim Histon-mRNA-Abbau, für diese Signalwege rekrutiert wird. UPF1 entwindet die strukturierte RNA und erleichtert dadurch den Abbau des Ziel-Transkripts. Unsere jüngsten Studien haben zum ersten Mal gezeigt, dass neben UPF1 der NMD-Faktor UPF2 eine entscheidende Rolle im SMD spielt, da er als Gerüst für den Aufbau eines abbaukompetenten mRNA-Protein-Komplexes (mRNP) fungiert. Die Beteiligung verschiedener transaktiver Faktoren am SMD- und Histon-mRNA-Abbau deutet auf den Aufbau eines jeweils unterschiedlichen abbau-induzierenden mRNPs hin. Aus diesem Grund ist es unerlässlich, diese beiden Prozesse auf molekularer Ebene zu untersuchen. Daher schlagen wir vor, die Zusammensetzung der UPF1-basierten Degradosomen in den beiden Abbauwegen zu bestimmen und deren schrittweisen Auf- und Abbau sowie die molekularen Mechanismen zu untersuchen, die jeweils zum Abbau der Ziel-mRNA führen. Wir werden eine Kombination aus strukturbiologischen (Röntgenkristallographie und Kryo-Elektronenmikroskopie) und biochemischen Methoden sowie zellbasierte Experimente einsetzen, um diese Aspekte des mRNA-Abbaus zu untersuchen. Zusätzlich zur Entschlüsselung der Mechanismen dieser wichtigen zellulären Abbauwege werden unsere Studien auch Einblicke in die Absprache zwischen verschiedenen mRNA-Abbauwegen geben und uns näher an die Definition der Prinzipien des mRNP / Degradosomen-Aufbaus in Eukaryoten bringen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen