SARS-CoV-2 RNA: Untersuchung der Architektur der RNA von SARS-CoV-2

• Antragsteller: Professor Dr. Harald Schwalbe
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 575062633

Bei der Zyklisierung des SARS-Coronavirus-2 Genoms wechselwirken die 5‘- und 3‘-terminalen Enden der 30.000 Nukleotide umfassenden (+) einzelsträngigen viralen mRNA. Die Zyklisierung konkurriert mit anderen Funktionen der mRNA wie zum Beispiel ihrer Rolle als genetisches Speichermaterial, als Replikationstemplat, oder als Boten-RNA. Um diese Funktionen zeitlich und räumlich zu koordinieren und zu regulieren, nutzen RNA-Viren Wechselwirkungen zwischen sogenannten hochkonservierten cis-RNA-Elementen. Interessanterweise sind konformationelle Umfaltungen der mRNA ein zentraler und konservierter Aspekt, wie sie die Entwicklung des Virus‘ diktieren. Für Betacoronaviren wird vermutet, dass die Genomzyklisierung für die Stadien der Replikation und der Transkription relevant ist. Während der Zyklisierung müssen zwei mRNA-Abschnitte transient wechselwirken, die aber ebenfalls mit anderen Abschnitten der viralen mRNA und mit viralen und Wirtszellen-Proteinen weitere Strukturen mit alternativen Funktionen annehmen können. Wir wollen die Interaktion der am 5‘-Terminus lokalisierten Stemloop-Struktur 5’SL3 mit der Nukleotidsequenz am 3‘-Terminus untersuchen. Beide mRNA-Elemente gehen weitere konkurrierende essentielle Interaktionen ein. 5’_SL3 beinhaltet gleichzeitig die „Leader“-transkriptionsregulatorische Sequenz (TRS-L) für die diskontinuierliche Transkription der subgenomischen mRNA (sgmRNA), während die 3‘-terminale mRNA das Templat für die (-)-Strangsynthese darstellt. Die 3‘-terminale Sequenz kann alternativ zur Genomzyklisierung eine 3’SL3base-Interaktion eingehen, die die Initiation der (-)-Strang-Synthese hemmt. Als zusätzliche Ebene der Regulation wird das Nukleotid A74 in 5‘SL3 vom Wirtszellen-Proteinkomplex METTL3/14 zu m6A74 modifiziert. Wir werden daher NMR-Methoden sowohl für die Strukturaufklärung der oben beschriebenen RNA-Elemente als auch für die Bestimmung der Thermodynamik und Kinetik ihrer transienten RNA-RNA-Wechselwirkungen nutzen. Diese detaillierten, atomar aufgelösten Untersuchungen werden durch komplementäre Methoden validiert, um ein umfassendes Bild der Genomzyklisierung im Kontext der viralen Replikation und Transkription zu erhalten. Dazu gehören Experimente zur strukturellen Sondierung, um Zyklisierung innerhalb Zellen zu beobachten und Erkenntnisse über die biologische Funktion zu gewinnen, indem Zyklisierung spezifisch mit Oligonukleotiden gehemmt wird. Für die Charakterisierung der mRNA-Protein-Wechselwirkungen werden wir uns zuerst auf bereits bekannte Interaktionspartner einzelner Elemente wie die viralen Proteine Nucleocapsid und Nsp7/Nsp8 konzentrieren, um im weiteren Verlauf des Projekts die RNA-Bindedomäne des humanen m6A-„Reader“-Proteins YTHDF3 und dessen potentielle Interaktion mit der m6A-modifizierten Version des 5‘-Strangs zu erforschen. Unser Ziel ist es zu untersuchen, wie die RNAs sowohl isoliert als auch in Komplexen mit ihren jeweiligen Interaktionspartnern die Funktion der Genomzyklisierung steuern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Dr. Redmond Smyth, Ph.D.