RNA-Lokalisierung und Proteintargeting an cyanobakterielle Membranen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Annegret Wilde
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 553555281

In eukaryotischen Zellen wird die DNA im Zellkern in RNA transkribiert, und die Proteine werden im Cytosol anhand dieser Transkripte übersetzt. Im Gegensatz dazu enthalten prokaryotische Zellen keinen Zellkern; daher finden Transkription und Translation bei Bakterien und Archaeen im selben Kompartiment statt. In meinen Genetikvorlesungen für Bachelor-Studenten im ersten Semester zeige ich üblicherweise, dass Transkription und Translation in Bakterienzellen zusammen und fast gleichzeitig ablaufen. Neue Studien haben jedoch gezeigt, dass dies nicht immer der Fall ist. Jüngste Erkenntnisse deuten darauf hin, dass Transkription und Translation in Bakterien nicht immer synchronisiert ablaufen. Stattdessen kann es Zeiten geben, in denen diese Prozesse zeitlich oder räumlich voneinander getrennt sind, was eine genauere Kontrolle der Genexpression ermöglicht. Eine solche Trennung in einer Bakterienzelle kann durch die Anhäufung bestimmter RNA-Spezies an verschiedenen Stellen in der Zelle erreicht werden, zum Beispiel an Membranen oder in Form von Kondensaten. Im aktuellen Projektantrag wollen wir mit zwei unabhängigen experimentellen Ansätzen verstehen, wo sich die RNA-Moleküle in cyanobakteriellen Zellen befinden. Mit Hilfe der Methode der RNA-Lokalisierungs-Sequenzierung, die Zellfraktionierung und RNA-Sequenzierung kombiniert, und mit der Visualisierungstechnik "RNA-Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung" in Kombination mit hochauflösender Mikroskopie, möchten wir feststellen, ob RNAs an verschiedenen Orten in einer Cyanobakterienzelle angereichert sind. Cyanobakterien sind für diese Analysen besonders interessant, weil sie zwei verschiedene Membransysteme enthalten: die Thylakoidmembran, in der sich alle photosynthetischen Proteine befinden, und die Plasmamembran, die das Cytosol umgibt. Unsere vorläufigen Ergebnisse zeigen, dass das Transkriptom von Cyanobakterien tatsächlich räumlich organisiert ist. Wir fanden heraus, dass sich mehrere Transkripte, die Photosyntheseproteine kodieren, sich unabhängig von der Translation an der Thylakoidmembran anreichern. RNA-bindende Proteine spielen bei diesem Mechanismus eine Schlüsselrolle. In diesem Antrag wollen wir die subzelluläre RNA-Organisation und die Rolle von RNA-bindenden Proteinen und Ribonukleasen untersuchen, um ein besseres Verständnis der Mechanismen zu erlangen, die den unterschiedlichen RNA-Anreicherungsmustern zugrunde liegen. Wir werden uns hauptsächlich auf die Anreicherung von RNAs an den beiden Membransystemen von Cyanobakterien konzentrieren, um zu verstehen, warum Membranproteine in die jeweils korrekte Membran eingebaut werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen