Struktur und Regulation von tRNA-Ligasen der Stressantwort

• Antragsteller: Dr. Ankan Banerjee
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503940636

RNA-Ligasen versiegeln RNA-Brüche und sind Schlüsselkomponenten von RNA-Prozessierungswegen als Reaktion auf zelluläre Stresssignale, einschließlich viraler Infektionen, der "Unfolded Protein Response" in Eukaryoten und antibiotischem Stress in Bakterien. Die ortsspezifische Spaltung von pre-tRNAs und pre-rRNAs mit Introns erzeugt 2ʹ,3ʹ-cyclisches Phosphat- (cPRNA) und 5ʹ-OH-Termini. Es wurden drei Arten der Ligation dieser Termini beschrieben: (i) Healing-Sealing oder 5ʹ-3ʹ-Ligation (vermittelt durch virale T4 Pnkp-Rnl1 und hefe- und pflanzenspezifische Trl1-Tpt1-Enzyme), (ii) direkte Ligation oder 3ʹ-5ʹ-Ligation (vermittelt durch RtcB in Archaeen und Metazoa) und (iii) möglicherweise 2ʹ-5ʹ-Ligation (durch LigT). LigT ist eine Phosphoesterase der 2H-Familie, die cPRNA/5ʹ-OH-Enden über 2ʹ-5ʹ-Bindung irreversibel ligiert. Es wurde jedoch gezeigt, dass Escherichia coli LigT bevorzugt eine zyklische Phosphodiesterase (CPDase)-Aktivität vermittelt. Es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass RtcB eine direkte Rolle bei der Stressantwort in Metazoen und Bakterien spielt. Funktionen archaeeller RtcB-Homologe, die über das Spleißen intronhaltiger RNAs hinausgehen, sind nicht bekannt und die archaeelle Stressantwort wurde noch nicht umfassend charakterisiert. In diesem Antrag möchte ich die Vorteile der gut etablierten genetischen Systeme von euryarchaeellen (Haloferax volcanii) und crenarchaeellen (Sulfolobus acidocaldarius) Modellorganismen nutzen, um die Funktion von RtcB in der archaeellen Stressantwort zu beschreiben. Hierbei werden vergleichende Transkriptome von RtcB-Depletionsstämmen und Interaktome des genomisch getaggten RtcB dessen Funktion in der oxidativ und DNA-Schäden Stressantwort aufzeigen. Ich werde eine Transkriptomics-Pipeline anpassen, um die Komponenten der archaeellen Stressantwort (mit einem Fokus auf RNA-Prozessierungswegen) zu entschlüsseln. Darüber hinaus werde ich biochemische und strukturelle Ansätze verwenden, um die Mechanismen der RtcB-Regulation durch posttranslationale Modifikationen, und die Rolle von LigT bei der Regulierung der RtcB-Funktion zu definieren. In diesem Zusammenhang werde ich die biologisch relevante Funktion von LigT erforschen und dementsprechend zwei hypothetische, LigT-vermittelte Prozessierungswege untersuchen. Detaillierte genetische und biochemische Analysen werden durchgeführt, um die in diesem Antrag vorgestellte Hypothese zu konzipieren. Da Archaeen das nächste prokaryontische Relativ der Eukaryonten sind und über konservierte tRNA-Verarbeitungsenzyme verfügen, wollen wir die evolutionäre Bedeutung des metazoischen tRNA-Ligasekomplexes entschlüsseln. Abschließend möchte ich interdisziplinäre Ansätze kombiniert, um die archaeelle Stressantwort zu charakterisieren und den Einfluss von RtcB in diesem Prozess zu definieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen