Struktur und Dynamik der humanen rDNA-Transkriptionsmaschinerie

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Christoph Engel; Professorin Dr. Dina Grohmann
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556771037

In allen Eukaryoten wird die Synthese des ribosomalen RNA-Vorläufers durch die RNA-Polymerase (Pol) I durchgeführt. Die Regulierung der Aktivität, die Zusammensetzung der Transkriptionsfaktoren und die molekularen Mechanismen dieser hochkomplexen Maschinerie unterscheiden sich jedoch erheblich zwischen verschiedenen Organismen. In diesem Antrag schlagen wir vor, die spezifischen strukturellen und funktionellen Merkmale des menschlichen Pol I-Transkriptionssystems zu untersuchen. Wir fragen, welche Rollen Metazoen-spezifische Faktoren, Domänen und mobile, flexibel verbundene Elemente in den Mechanismen der Transkriptionsinitiation und dem Übergang zur produktiven Elongation spielen. Basierend auf einer in unserem Labor erzeugten menschlichen Zelllinie können menschliche Pol I und ihre Transkriptionsfaktoren gereinigt werden und stehen nun für die Rekonstitution und eingehende funktionelle Analysen mittels speziell entwickelter Transkriptionsassays sowie für Strukturanalysen zur Verfügung. Die Integration von Ergebnissen biochemischer Studien und Einzelpartikel-kryo-EM wird eine strukturelle Beschreibung und Analyse von Struktur-Funktions-Beziehungen ermöglichen. Darüber hinaus wird das Verhalten mobiler Elemente, wie der konservierten, konfomationell flexiblen Tandem-Winged-Helix-Domäne, die in Pol I Untereinheit RPA49 integriert ist, während der Initiations- und Elongationsphase des Aktivitätszyklus von Pol I mittels Einzelmolekül-Förster-Resonanz-Energie-Transfer (FRET) untersucht. Insgesamt schlagen wir eine umfassende Struktur-Funktions-Dynamik-Analyse vor, um die Mechanismen der menschlichen Pol I in bisher unerreichter molekularer Präzision zu entschlüsseln. Dies wird es uns ermöglichen, verschiedene Transkriptionssysteme und die Evolution der Transkriptionsmaschinerien zur Synthese des ribosomalen Vorläufers zwischen verschiedenen Eukaryoten zu vergleichen. Die Ergebnisse werden nicht nur eine Lücke im Verständnis eines wesentlichen Prozesses der Biologie auf molekularer Ebene schließen, sondern auch die Grundlage für das Verständnis ihrer Rolle bei Fehlfunktionen, z.B. in menschlichen Krankheitsbildern legen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen