Hochauflösende Analyse des dynamischen Interaktionsnetzwerks der Optoribogenetik

• Antragsteller: Dr. Manuel Etzkorn; Professor Dr. Günter Mayer
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Biologische und Biomimetische Chemie ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 571945635

Die Bildung des RNA-Protein-Komplexes aus dem Photorezeptorprotein NmPAL und seinen Aptameren kann genutzt werden, um biologische Funktionen durch Licht reversibel zu steuern. Dieser Prozess wird als Optoribogenetik bezeichnet und basiert auf chimären RNAs, die aus den oben genannten Aptameren bestehen und über sogenannte "Kommunikationsmodule" mit regulatorischen RNA-Molekülen, z. B. siRNAs, Guide-RNAs oder Ribozymen, verbunden sind. Die lichtabhängige Bindung von NmPAL an diese chimären RNAs löst Konformationsänderungen in den regulatorischen Domänen aus, die letztlich die Kontrolle der Genexpression ermöglichen. Diese regulatorische Funktion umfasst ein dynamisches Netzwerk molekularer Wechselwirkungen, darunter NmPAL-RNA-Wechselwirkungen, Kontakte zwischen den RNA-Modulen und mögliche Modulationen durch Metallionen oder andere zelluläre Faktoren. Ziel des Projekts ist es, ein umfassendes Verständnis der molekularen Struktur und Dynamik dieses optoribogenetischen Interaktionsnetzwerks zu gewinnen. Hochauflösende NMR-Untersuchungen, die sich auf RNA-Protein- und RNA-RNA-Bindungsereignisse sowie auf die einzigartige Konformationsaktivierung des NmPAL/Aptamer-Systems konzentrieren, werden mit Untersuchungen zur Kinetik, Thermodynamik und Funktion der Konformationsaktivierung ausgewählter NmPAL/Aptamer-Paare kombiniert. Diese Eigenschaften der Aptamer-NmPAL-Wechselwirkung werden in vitro und unter zellulären Bedingungen untersucht, da letztere nachweislich die Funktion chimärer RNAs beeinflussen. Das Projekt beschränkt sich nicht auf ein einziges prototypisches NmPAL-System, sondern zielt darauf ab, dessen modulare Architektur zu erforschen. Insbesondere interessieren uns verschiedene (i) Aptamermotive mit zelltypspezifischen Aktivitäten, (ii) speziell entwickelte oder ausgewählte Kommunikationsmodule, die den Bindungsstatus des Aptamers vermitteln und die Effizienz des Systems steuern, sowie (iii) regulatorische Domänen, die spezifische genmodulierende Aktivitäten ermöglichen. Neben einem besseren Verständnis der einzelnen Module, ihrer komplexen Bildung, Dynamik und Wirkungsweise planen wir, die gewonnenen Erkenntnisse zur systematischen Optimierung der optoribogenetischen Fähigkeiten zu nutzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen