Funktionaler und struktureller Vergleich eines Doxycyclin-Aptamers mit zwei Doxycyclin-Riboswitches mit unterschiedlicher Regulationsstärke und deren Anwendung in der synthetischen Biologie

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Beatrix Süß; Professor Dr. Jens Wöhnert
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 559105806

Synthetische Riboswitche stellen einen wichtigen Baustein im Werkzeugkasten der Synthetischen Biologie dar. Die Bindedomänen dieser Riboswitche sind RNA-Aptamere, die über eine in vitro Selektion (SELEX) gewonnen werden. In dem hier beantragten Projekt wollen wir drei Aptamere vergleichen, die Doxycyclin binden, von denen jedoch nur zwei für den Aufbau von Riboswitchen geeignet sind. Die drei Aptamere sind aus zwei parallel durchgeführten Selektionen hervorgegangen, wobei eine Selektion speziell die Anreicherung strukturverändernder Aptamere begünstigt. Diese Eigenschaft scheint für den Aufbau von Riboswitchen notwendig. Wir wollen nun die drei Doxycyclin-bindenden Aptamere vergleichend molekularbiologisch, biochemisch und strukturell charakterisieren. Durch den Vergleich der verschiedenen Aptamere erhoffen wir uns ein tiefergehendes Verständnis, was für die Regulation von Bedeutung ist. Basierend auf diesen Erkenntnissen wollen wir die Aptamere weiter optimieren und als effiziente Schaltelemente in vivo anwenden. Bereits jetzt ist der Kandidat G12 in seinem Schaltverhalten weitaus besser als alle vergleichbaren, bislang publizierten Riboswitche. Neben ihrer Bedeutung für Anwendungen in der chemischen Biologie sind die drei Doxycyclin-Aptamere auch auf Grund ihrer Bindungseigenschaften interessant, da sie in der Lage sind nicht nur Doxycyclin hochaffin zu binden, sondern auch gegen Tetracyclin zu diskriminieren, das sich von Doxycyclin nur in der Position einer Hydroxylgruppe unterscheidet. Damit bilden diese Aptamere das Gegenstück zu einem bereits bekannten Tetracyclin-Aptamer, das eine genau entgegengesetzte Bindungsspezifität aufweist. Die strukturelle Charakterisierung dieser Aptamere sollte also neue Einblicke in die strukturellen Grundlagen der Ligandenspezifität von RNA ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen