Die Funktion von ADP-Ribose als mRNA-cap während des zellulären Nährstoffmangels

• Antragsteller: Dr. Roko Zaja
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 534090377

Die ADP-Ribosylierung ist eine hochkonservierte kovalente Modifikation, bei der ein ADP-Ribose-Molekül (ADPr) vom Cofaktor NAD+ auf Zielmoleküle übertragen wird. Bisher galten Proteine als die Hauptziele der ADP-Ribosylierung, aber neuere Studien haben auch RNA als Substrate für ADP-Ribosyltransferasen in Säugerzellen identifiziert. Unsere Untersuchungen bestätigten, dass spezifische Enzyme einzelsträngige RNA mit ADPr am 5‘-Ende modifizieren können und zeigten, dass eine ADPr-Kappe die RNA vor dem Abbau durch 5'-Exonukleasen schützt. Die Funktion der RNA-ADP-Ribosylierung in Zellen ist jedoch bisher noch nicht verstanden. Wir haben beobachtet, dass es sich bei der ADP-Ribose um eine sehr dynamische mRNA-Kappe in der Zelle handelt, die vermehrt während eines Nährstoffmangels auftritt. Ihre Funktion ist noch nicht bekannt. Wir haben nun eine Sequenzierungstechnik entwickelt, um ADP-ribosylierte mRNA in Zellen zu analysieren. In Vorversuchen haben wir spezifische mRNAs identifiziert, die mit der Translationsregulation und der ATP-Produktion in Verbindung stehen und die bei Aminosäuremangel schnell ADP-ribosyliert werden. Das Hauptziel dieses Antrags ist die Identifizierung von mRNAs, die als Reaktion auf Nährstoffmangel ADP-ribosyliert werden. Anschließend sollen Lokalisation, Stabilität und Translatierbarkeit der spezifischen mRNAs untersucht werden. Als Überlebensstrategie führt der durch eine Energiekrise ausgelöste Nährstoffmangel in Zellen zum Stillstand der Translation, spezifische mRNAs müssen jedoch translatiert werden, um die Produktion von Proteinen zu ermöglichen, die auf die Stresssituation reagieren können. Ich postuliere zwei mögliche Funktionen der RNA-ADP-Ribosylierung: (1) Die Translation spezifischer ADPr-mRNAs über einen m7G-Cap-unabhängigen Weg während der Stresssituation zu ermöglichen. (2) Die Speicherung von ADPr-mRNAs um ein schnelles m7G-ReCapping und eine Translation beim Nachlassen der Hungerbedingungen zu ermöglichen. Wir werden daher die mRNAs identifizieren, die unter Stress modifiziert werden, und bestimmen, wie die ADPr-Kappe ihre Funktion in der Zelle beeinflusst. Zusätzlich zur Bestimmung der Rolle der RNA-ADP-Ribosylierung als Reaktion auf Nährstoffmangel beabsichtige ich, die Enzyme zu charakterisieren, die an dem Kappen und der Entfernung von ADP-Ribose von der mRNA beteiligt sind, indem ich eine Kombination von Inhibitoren und Zelllinien mit herunterregulierten oder überexprimierten Enzymen verwende. Ziel dieses Projektes ist es, die Funktion der mRNA-ADP-Ribosylierung als Reaktion auf Nährstoffentzug zu verstehen und die relevanten Enzyme in den Zellen zu identifizieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen