Molekulare Charakterisierung der RNA-Übertragung: Wie kann RNA endosomalen Kompartimenten entgehen?

• Antragstellerin: Dr. Emeline Bonsergent, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525131893

Die Übertragung von Makromolekülen wird sowohl zu Forschungs- als auch zu Therapiezwecken eingesetzt. Auch wenn einige Anwendungen, wie COVID19-Impfstoffe, effizient sind, gibt es immer noch eine Wissenslücke, um die molekularen Mechanismen zu verstehen, die der Verabreichung von Molekülen wie RNA zugrunde liegen. In meinem Projektvorschlag möchte ich mit einem interdisziplinären Ansatz den Mechanismus des endozytischen Transports und des endosomalen Entweichens von in Lipid-Nanopartikeln (LNPs) verpackter mRNA untersuchen. Die Übertragung ist ein mehrstufiger Prozess, bei dem die in LNPs formulierte mRNA von den Zellen aufgenommen und in spezifische endosomale Kompartimente sortiert werden muss, aus dem LNP entpackt wird und das Endosom in das Zytosol verlässt. Die Endozytose und das Entweichen aus dem Endosom sind die wichtigsten limitierenden Schritte bei der mRNA-Übertragung, die zu einer geringen Effizienz und hohen Toxizität führen und ihre Anwendung über Impfstoffe hinaus einschränken. Trotz ihrer Bedeutung sind diese Mechanismen nur unzureichend verstanden. Hier werde ich das einzigartige Fachwissen der Wirtsgruppe im Bereich Endozytose und biochemische Rekonstitution nutzen, um vier aufeinander folgende Ziele zu verfolgen. (1) Ich werde den intrazellulären Transport des LNP-Vehikels (Lipid) und der Ladung (mRNA) quantitativ charakterisieren, indem ich biochemische Assays und die Bildgebung mit modifizierten Lipidsonden kombiniere.(2) Um die Charakterisierung der endozytischen Kompartimente zu verbessern, werde ich nacheinander jede endosomale Subpopulation immunisolieren und ihr Proteom und Lipidom mit Massenspektrometrie analysieren. (3) Ich werde einen In-vitro-Test für endosomales Entweichen entwickeln, bei dem isolierte Endosomen verwendet werden, die LNP-mRNA enthalten, um die für das Entweichen der mRNA günstigsten Kompartimente zu bestimmen. (4) Schließlich werde ich auf der Grundlage der Ziele 1 bis 3 die Membrandynamik charakterisieren, die an der Flucht beteiligt ist, und die während dieses Prozesses stattfindenden Lipidinteraktionen quantifizieren. Ich erwarte, dass dieses Projekt wichtige Einblicke in die molekularen Mechanismen des endosomalen Trafficking und Escape liefert, als Voraussetzung für die Verbesserung der therapeutischen Verabreichung bei gleichzeitiger Verringerung der Zyto-Toxizität.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle