Strukturelle Untersuchungen zur Initiierung der Translation an kanonischen und nicht-kanonischen Startcodons

• Antragsteller: Professor Dr. Daniel Nicodemus Wilson
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 574433608

Die Initiierung der Translation, der erste Schritt der Proteinsynthese, ist ein hochgradig regulierter und komplexer Prozess. Er gilt als der am stärksten divergierende und komplexeste Schritt in den verschiedenen Reichen des Lebens. Die Initiierung der Translation umfasst den Zusammenschluss von Initiationsfaktoren, mRNA und Initiator-tRNA mit den ribosomalen Untereinheiten zur Bildung funktioneller Initiationskomplexe. Diese Phase ist von zentraler Bedeutung, da sie der geschwindigkeitsbeschränkende Schritt ist und das richtige Leseraster für die mRNA auswählt und somit als wichtiger Kontrollpunkt dient. In Bakterien, wie z. B. E. coli, binden sich die meisten hoch exprimierten mRNAs über die Shine-Dalgarno-Sequenz (SD) an die 30S ribosomale Untereinheit, wodurch die korrekte Ausrichtung des Startcodons, in der Regel das kanonische AUG, mit dem Anticodon der Initiator-tRNA sichergestellt wird. Die bakterielle Translationsinitiation erfolgt auch an nicht-kanonischen Startcodons wie GUG, UUG, CUG und AUU, die dazu dienen, die Effizienz der Translationsinitiation zu modulieren und damit die Synthese bestimmter Proteine zu regulieren. Trotz jahrzehntelanger biochemischer und struktureller Forschung hat das Fehlen hochauflösender Strukturen von 30S-Translationsinitiationskomplexen unser Verständnis dieses grundlegend wichtigen Prozesses eingeschränkt. Hier wollen wir hochauflösende Kryo-Elektronenmikroskopie-Strukturen von bakteriellen 30S- und 70S-Initiationskomplexen bestimmen, um einen dringend benötigten strukturellen Einblick in die Rolle der Initiationsfaktoren IF1, IF2 und IF3 während der Translationsinitiierung zu erhalten. Darüber hinaus werden wir Strukturen von mRNAs vergleichen, die kanonische AUG-Startcodons und nicht-kanonische Startcodons enthalten, um diese divergierenden Prozesse zu vergleichen und gegenüberzustellen. Durch die Bestimmung der Strukturen von Initiationskomplexen, die auf mRNAs mit unterschiedlichem Nukleotidkontext stromaufwärts und stromabwärts des Startcodons gebildet werden, sollen Erkenntnisse darüber gewonnen werden, wie der Kontext des Startcodons die Effizienz der Translationsinitiation beeinflusst. Wir werden auch die Initiationskomplexe strukturell analysieren, die an der physiologischen infC-mRNA gebildet werden, die für den Translationsinitiationsfaktor IF3 kodiert, um einen mechanistischen Einblick in das autoregulatorische System zu erhalten, das durch die Überwachung der zellulären IF3-Konzentration funktioniert und dadurch die Effizienz der Translationsinitiierung moduliert. Insgesamt wird unsere Studie einen molekularen Film der Translationsinitiation in noch nie dagewesener Auflösung erstellen, der einen molekularen Einblick in diesen grundlegenden Prozess ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen