Entschlüsselung der biologischen Funktion selbst-schneidender Ribozyme in Bakterien

• Antragstellerin: Professorin Dr. Christina E. Weinberg
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 495144294

Ribonukleinsäuren (RNAs) falten sich zu komplizierten Strukturen und erfüllen eine Vielzahl biologischer Funktionen. Einige strukturierte RNAs, Ribozyme genannt, sind in der Lage chemische Reaktionen zu katalysieren. Obwohl Proteine heute die vorherrschenden biologischen Katalysatoren sind, wird angenommen, dass Ribozyme in einer Zeit, in der das Leben auf der Erde nur auf RNA als Katalysator und Informationsträger angewiesen war, viel häufiger vorkamen. In dieser Ära der „RNA-Welt“ hätten viele funktionell unterschiedliche Ribozyme die gesamte lebensnotwendige Chemie erbracht.Noch heute katalysieren RNAs essentielle zelluläre Reaktionen in jedem lebenden Organismus. Beispielsweise schneiden selbst-schneidende Ribozyme ihr eigenes Phosphatrückgrat an einer bestimmten Stelle, wobei zwei RNA-Fragmente erzeugt werden. Es sind zehn strukturell unterschiedliche Klassen selbst-schneidender Ribozyme bekannt, die in allen Domänen des Lebens verbreitet sind. Sieben dieser zehn Klassen haben zahlreiche Ribozym-Beispiele in Bakterien. Trotz ihrer großen Häufigkeit und ausgedehnten Verbreitung unter Bakterienarten wissen wir jedoch mit einer einzigen Ausnahme nichts über die biologische Rolle selbst-schneidender RNAs in Bakterien.In diesem Forschungsvorhaben werden wir untersuchen, wie selbst-schneidende RNAs das Leben in Bakterien formen, indem wir zum einen die Rolle von Ribozymen für mRNA-Stabilität erkunden. Zum anderen werden wir Gene untersuchen, die aufgrund ihrer großen Häufigkeit in der Nähe katalytischer RNAs oder aufgrund ihres Vorkommens in konservierten Genom-Loci an der Funktion der selbst-schneidenden RNA beteiligt sein könnten.In unseren Untersuchungen werden wir moderne Transkriptomanalysen mit klassischen genetischen und molekularbiologischen Ansätzen kombinieren, um Ribozyme und ihre assoziierten protein-kodierenden Gene zu untersuchen. Wir werden Ribozym-Protein-Interaktionen untersuchen, Ribozyme testen, die an der Bindung von Metaboliten beteiligt sein könnten, und eine neue, in unserem Labor entwickelte RNA-seq-basierte Methode verwenden, um die Ribozymaktivität unter verschiedenen Wachstumsbedingungen in vivo zu überwachen. Diese Untersuchungen haben das Potenzial, eine völlig neue Biologie zu enthüllen, die für die Anpassung und das Überleben von Bakterien in sich ständig verändernden Umgebungen wichtig ist. Durch die Entschlüsselung der Funktion unbekannter Proteine und der genauen Rolle der RNA-Selbstspaltung in Bakterien werden wir neue Einblicke in die vielfältigen Funktionen von RNAs gewinnen. Diese Untersuchungen rücken moderne RNA-basierte, zelluläre Funktionen ins Rampenlicht, die jedoch möglicherweise in einer Urzeit wurzeln, in der das Leben auf der Erde begonnen hat.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen