Design synthetischer RNase-resistenter RNA Strukturen und ihre Integration in neuartige Riboswitch-Konstrukte zur Regulation von mRNA-Stabilität

• Antragsteller: Professor Dr. Mario Mörl
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 513266509

Flaviviren sind einzelsträngige RNA-Viren, deren genomische RNA von hochstrukturierten, nicht-translatierten Regionen (UTRs) begrenzt ist. Innerhalb der 3’-UTRs können evolutionär konservierte RNA Elemente - sogenannte exoribonuklease-resistente RNAs (xrRNAs) - dahinterliegende Regionen vor exonukleolytischem Abbau durch Xrn1 und verwandte 5’-3‘-Exonukleasen schützen, wodurch stabile Abbauprodukte als lange nicht-kodierende RNAs (lncRNAs) gebildet werden. Diese viralen lncRNAs, die auch als subgenomische Flavivirus RNAs (sfRNAs) bezeichnet werden, regulieren die Pathogenität dieser Viren. Wir wollen bioinformatische Methoden anwenden, um die 2D und 3D Struktur von xrRNAs besser zu verstehen, wodurch wir in der Lage sind, synthetische xrRNA-Strukturen zu designen, die sich in der Effizienz des Schutzes vor exonukleolytischem Abbau unterscheiden. Die Designs sollen dabei in vivo und in vitro auf ihre Schutzfunktion hin untersucht werden, indem sie in die 5’-UTR einer Reporter-mRNA eingebaut werden, deren offener Leserahmen (ORF) über eine interne Ribosomen-Bindungsstelle (IRES) translatiert werden kann. Durch die Bestimmung der mRNA-Halbwertszeit soll die Effizienz dieses Schutzes quantitativ erfasst werden. In weiterer Folge wollen wir das Wissen aus dem xrRNA-Design nutzen, um RNA-Aptamer-Domänen in kompatible Regionen der xrRNA-Strukturen zu integrieren. Durch die Kombination von xrRNAs mit Aptameren wollen wir Riboswitches generieren, die es ermöglichen, dass die Ausbildung der schützenden Struktur in Abhängigkeit eines spezifischen Liganden stattfindet. Diese Konstrukte sollen es also ermöglichen, eine spezifische mRNA durch Ligandenbindung zu stabilisieren (ON-Switch) oder zu destabilisieren (OFF-Switch). In Kombination mit xrRNA-Elementen unterschiedlicher Schutz-Effizienz sollten sich auf diese Weise die Halbwertszeit einzelner Transkripte gezielt verändert lassen. Diese induzierbaren Regulatoren der RNA-Stabilität stellen ein neuartiges Tool in der Synthetischen Biologie dar, das es erlaubt, nicht nur mRNAs, sondern auch verschiedene lncRNAs zu regulieren, deren Halbwertszeit von Xrn1-ähnlichen Exonukleasen bestimmt wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Dr. Michael Thomas Wolfinger