Ko-translationaler Einbau von Selenocystein in Algen

• Antragsteller: Dr. Tarek Hilal
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 571438675

Selenocystein (Sec), die 21. proteinogene Aminosäure, ist essenziell für die Funktion zahlreicher Proteine, die eine entscheidende Rolle bei der Redoxregulation, der Embryonalentwicklung und der allgemeinen Gesundheit spielen. Selenoproteine stehen im Zusammenhang mit einer Vielzahl menschlicher Krankheiten, darunter Krebs, neurodegenerative Erkrankungen und Virusinfektionen. Während die Mechanismen der Selenoproteinsynthese in Bakterien und Säugetieren gut untersucht sind, sind sie in Algen, insbesondere in Rotalgen, einer der ältesten evolutionären Linien photosynthetischer Eukaryoten, bislang wenig verstanden. Die einzellige Rotalge Cyanidioschyzon merolae (C. merolae) bietet aufgrund ihres kompakten Genoms, ihrer einfachen Zellstruktur und ihrer Anpassung an extreme Lebensräume wie saure Thermalquellen ein einzigartiges Modellsystem zur Erforschung der Selenoprotein-Biologie. Ziel dieses Projekts ist es, die molekularen und strukturellen Mechanismen der Sec-Integration in C. merolae aufzuklären und damit grundlegende Einblicke in die Evolution und Anpassung des Selenoprotein-Syntheseapparats in Algen zu gewinnen. Wir werden modernste Kryo-Elektronenmikroskopie, in vitro Translationsassays und fortgeschrittene Proteomik, einschließlich Crosslinking-Massenspektrometrie, kombinieren, um die strukturellen Anpassungen des algalen Ribosoms und dessen Interaktion mit Sec-spezifischen Translationsfaktoren zu analysieren. Vergleichende Analysen mit Ribosomen von Säugetieren und Pflanzen werden konservierte und Arten-spezifische Merkmale identifizieren, die die Sec-Integration und die Translationsgenauigkeit steuern. Das Projekt umfasst drei Kernthemen: (1) Hochauflösende strukturelle und biochemische Charakterisierung zytosolischer Ribosomen aus C. merolae; (2) Funktionelle Analyse des Sec-Integrationsapparats, einschließlich Identifikation und Charakterisierung zentraler Translationsfaktoren und SECIS-Elemente; und (3) Integrative proteomische Studien zur Kartierung des Interaktoms und der regulatorischen Netzwerke, die an der Selenoproteinsynthese beteiligt sind. In Kollaboration mit lokalen und internationalen Partnern, die ausgewiesene Expertise in Algengenetik und Proteomik beisteuern, adressiert dieses Projekt eine wesentliche Wissenslücke im Verständnis der Selenoprotein-Biologie in Algen. Die erwarteten Ergebnisse werden nicht nur das Grundlagenwissen zur Erweiterung des genetischen Codes und zur Translationsregulation voranbringen, sondern könnten auch biotechnologische und biomedizinische Anwendungen ermöglichen wie die Entwicklung stresstoleranter Nutzpflanzen oder neue Strategien zur Behandlung humaner Selenopathien.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen