Molekulare Mechanismen der Biosynthese der RNA Polymerasen I und III

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph Engel
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Strukturbiologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567301236

Die Synthese von RNA aus einer DNA-Matrize ist ein entscheidender Schritt in der Genexpression und wird in eukaryotischen Zellen von drei unterschiedliche RNA-Polymerasen (Pols) durchgeführt, die verschiedene Klassen von RNAs transkribieren. Untersuchungen der vergangenen Jahre trugen zum Verständnis von Struktur, Funktion und Aktivitätsregulierung dieser Pols bei. Es bleibt allerdings weiterhin unklar, wie Pols aus ihren bis zu 17 Protein-Untereinheiten zu funktionalen Enzymen zusammengesetzt werden. Hier präsentieren wir eine koordinierte, interdisziplinäre Strategie unserer beiden Teams, um die grundlegenden molekularen und zellulären Mechanismen der Assemblierung von Pol I und III zu untersuchen. In unseren vorläufigen Analysen konnten wir bereits zeigen, dass die vier Untereinheiten, welche sowohl von Pol I als auch Pol III genutzt werden, eine zentrale Rolle in frühen Assemblierungsschritten spielen. Sie bilden eine „Assemblierungsplattform“ in welche die zweitgrößte Untereinheit mit Unterstützung des Proteins Rbs1 integriert wird. Dazu stabilisiert Rbs1 die mRNA-Level der früh integrierten Untereinheiten und interagiert mit Proteinen des mRNA-Stoffwechsels. Wir sehen Rbs1 daher als einen Assemblierungsfaktor, der translatierte Proteine und translatierende mRNAs durch ein komplexes Netzwerk von Protein-Protein- und RNA-Protein-Interaktionen verbindet. Diese Hypothese werden wir untersuchen und weiter ausarbeiten. Zusätzlich dazu werden wir uns mit der Hypothese beschäftigen, dass die Assemblierung früher Pol I- und III-Untereinheiten kotranslational (mit Unterstützung von Rbs1) erfolgt. Mittels molekularbiologischer Ansätze und zellbasierter Analysen von Rbs1-Mutanten werden wir untersuchen, wie spezifische Interaktionen die initiale Bildung von Polymerase-Komplexen unterstützen und die Zusammensetzung früher Assemblierungsintermediate bestimmen. Weiterhin werden wir die Reihenfolge der Pol I/III-Untereinheiten-Assemblierung bestimmen sowie die beteiligten Chaperone und mögliche Assemblierungs-Kontrollpunkte identifizieren. Mittels Einzelpartikel kryo-EM Rekonstruktionen von Assemblierungsintermediaten werden wir die Reifung der Enzyme nachvollziehen, was durch die Verwendung neuer genetischer Werkzeuge möglich wird, die eine genomische Deletion ansonsten essentieller Untereinheiten ermöglichen. Neben diesem top-down-Ansatz werden wir frühe Assemblierungsintermediate in Anwesenheit von Rbs1 rekombinant herstellen, was deren funktionelle und strukturelle Charakterisierung ermöglichen wird. Mit den Ergebnissen streben wir ein molekulares Verständnis der Biogenese eukaryotischer RNA-Polymerasen an. Dies bildet die Grundlage für die Untersuchung der zellulären Folgen von Pol I- oder III-Assemblierungsdefekten. Das ist vor allem im Hinblick auf ein besseres Verständnis menschlichen Krankheiten wichtig, welche im Zusammenhang mit der Pol I / III-Assemblierung stehen, und birgt das Potenzial neue Behandlungsoptionen auszuarbeiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Partnerorganisation: Narodowe Centrum Nauki (NCN)
• Kooperationspartner: Professor Tomasz Turowski, Ph.D.