Strukturelle und biochemische Untersuchung des mechanistischen Zusammenspiels zwischen der durch TUT7 vermittelten Oligouridylierung und der Rekrutierung des zytoplasmatischen LSM1-7 Komplexes beim Abbau von replikationsabhängigen Histon-mRNAs.

• Antragstellerin: Professorin Sutapa Chakrabarti, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 579442349

Dieser Antrag beschreibt ein strukturelles, biochemisches Vorgehen zur Bestimmung der molekularen Mechanismen des Histon-mRNA-Abbaus, entscheidend für die zellzyklusabhängige Expression von Histon-Genen. Histon Proteine verpacken in der Zelle die DNA in Chromatin und modulieren die Verfügbarkeit von DNA während des Zellzyklus. Die Mengen der Histon Proteine sind streng an den Zellzyklus gekoppelt und werden über ihre mRNA-Konzentrationen gesteuert. Die Transkription dieser Histon-Gene führt zu einem steilen Anstieg des mRNA-Spiegels in der S-Phase des Zellzyklus, während ein schneller Abbau am Ende der S Phase zu einem starken Abfall dieses Spiegels führt. Solche replikationsabhängigen Histon-mRNAs enthalten an ihrem 3'-Ende eine konservierte „stem-loop“-Struktur (SL) anstelle des PolyA-Schwanzes, der in allen anderen eukaryotischen mRNAs zu finden ist. Diese Struktur erfordert daher einen Abbaumechanismus, der sich vom durch Deadenylierung initiierten Abbau unterscheidet. Wir haben die molekularen Mechanismen der Initiierung des Histon-mRNA-Abbaus aufgeklärt, bei dem das aufeinander abgestimmte Zusammenwirken des SL-bindendes Proteins (SLBP), der RNA-Helikase UPF1 und der 3'-5'-Exoribonuklease 3'hExo zu einem langsamen, schrittweisen Teilabbau der SL führt. Der Antrag fokussiert sich auf die Aufklärung der molekularen Mechanismen zur schnellen, vollständigen Beseitigung von Histon-mRNA, unerlässlich für den Fortschritt des Zellzyklus. Die Oligouridylierung der SL-Abbauprodukte durch die terminale Uridylyltransferase TUT7 und die Rekrutierung des zytoplasmatischen LSm1-7 Komplexes ermöglichen einen vollständigen Umsatz der Histon-mRNA. LSm1-7, das von Hefen bis zum Menschen evolutionär konserviert ist, bindet an uridinreiche Abschnitte am 3'-Ende der RNA, hat jedoch keine katalytische Aktivität. Strukturelle und funktionelle Untersuchungen an Hefe-LSm1-7 zeigen, dass der Komplex eine ringförmige Architektur aufweist und als Adapter fungiert, um mRNA-Abbaufaktoren zur Poly(A)-mRNA zu rekrutieren. Im Gegensatz zum Hefekomplex ist über die Architektur und Funktion von humanem LSm1-7 beim mRNA-Abbau nur wenig bekannt. Im Histon-mRNA-Abbau ist die Beteiligung von LSm1-7 zwar nachgewiesen, die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen seiner Rekrutierung und Funktion in diesem Prozess sind aber ebenfalls noch unbekannt. Zusätzlich ist bisher unerforscht, wie die für den Abbau notwendige präzise Oligouridylierung der SL durch TUT7 erreicht wird. Wir wollen diese Fragen mit einer Kombination aus strukturellen und biochemischen Methoden untersuchen. Diese Untersuchung wird auch Einblicke in die funktionelle Plastizität von LSm1-7 bei der Vermittlung des Abbaus verschiedenster eukaryotischer RNA liefern. Damit wird die Studie ein mechanistisches Modell des replikationsabhängigen Histon-mRNA-Abbaus in Metazoen liefern, was unser Verständnis über die Regulation der Histon-Genexpression stärken und langfristig für therapeutische Zwecke genutzt werden wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen