Struktur-Funktionsanalysen zu cis- und trans-aktiven RNA-basierten Thermosensoren

• Antragsteller: Professor Dr. Franz Narberhaus
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491038094

Die Struktur bestimmt die Funktion; dies gilt auf für RNAs. Gefaltete Segmente in zellulären RNAs beeinflussen deren Transkription, Translation, Prozessierung und Abbau. Um globale Einblicke in die Faltung der Transkripte des Durchfallerregers Yersinia pseudotuberculosis zu erhalten, haben wir zwei Methoden zur Charakterisierung des RNA-Strukturoms eingesetzt. Anhand gereinigter Gesamt-RNA wurden mit der PARS (Parallel Analysis of RNA Structures)-Methode die strukturellen Elemente in mehr als 1.750 Transkripten bestimmt. Um RNA-Strukturen in lebenden Bakterien zu erfassen, haben wir eine neue Methode etabliert. Lead-seq nutzt die Eigenschaft von Blei-Acetat das Phosphatrückgrad in einzelsträngigen RNA-Bereichen zu brechen. Beide Methoden wurden bei mehreren unterschiedlichen Temperaturen eingesetzt und haben umfassende Einblicke in das Temperatur-modulierte RNA-Strukturom geliefert. Unser besonderes Interesse galt Strukturen, die den Zugang zur Ribosomen-Bindestelle bei niedrigen Temperaturen verhindern, aber bei der menschlichen Körpertemperatur die Translation erlauben. Eine Reihe solcher an der Virulenz beteiligter RNA-Thermometer (RNAT) wurde in nachfolgenden Studien umfassend charakterisiert. Basierend auf diesen wertvollen Datensätzen wollen wir unsere laufenden Arbeiten zu RNAT, die den Aufbau und die Funktion des bakteriellen Typ-3-Sekretionssystems und der oxidativen Stressantwort kontrollieren, weiterführen. Ein neuer, sehr vielversprechender RNAT-Kandidat reguliert das globale DNA-bindende Protein Fis. Vorläufige Daten zeigen, dass Fis die bakterielle Motilität und die Virulenz bei 25 und 37°C reziprok reguliert. Weitere interessante Kandidaten bilden bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Strukturen aus und erlauben die Translation bei niedrigen Temperaturen. Solche RNA-Schalter befinden sich vor Kälteschock- und einigen anderen Genen und sollen detailliert charakterisiert werden. Ein kaum verstandener Mechanismus der Temperatur-Regulation wird im zweiten Teil des Projektes untersucht. Die globalen Strukturanalysen sagen voraus, dass einige kleine regulatorische RNAs (small RNAs, sRNAs) ihre Struktur in Antwort auf die Temperatur ändern. Wir haben aufgrund umfangreicher Vorarbeiten zwei Kandidaten ausgewählt, bei denen durch die Strukturveränderung vermutlich entweder die mRNA-Interaktion oder die Bindung des RNA-Chaperons Hfq moduliert wird. Die Zielgene dieser beiden sRNAs und der Einfluss der Temperatur auf den Regulationsprozess soll näher untersucht werden. In der Summe werden beide Arbeitspakete detaillierte Einblicke in die Bedeutung von dynamischen RNA-Strukturen in der Regulation bakterieller Gene liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen