Struktur und Funktion der Cytidin Protonierung in RNA

• Antragsteller: Professor Christof Niehrs, Ph.D.; Professor Dr. Harald Schwalbe
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 583887882

Die Protonierung von Cytidin (rC⁺) stellt eine reversible, nicht-kovalente RNA-Modifikation dar, die Basenpaarung und Katalyse beeinflussen kann. Ihre Verbreitung und biologische Funktionen in Säugerzellen sind weitgehend unbekannt. Mittels Pyridin–Boran-(PyBo)-Sequenzierung haben wir kürzlich tausende reaktive Cytidine in der RNA von Maus-Embryonalstammzellen entdeckt, die in einem Konsensusmotiv angereichert sind, das in putativen Haarnadelstrukturen lokalisiert ist. Weitere Daten wiesen darauf hin, dass es sich bei den hyperreaktiven Cytidinen um rC⁺ handelt. Mittels NMR-Analyse wiesen wir nach, dass das Cytidin im Konsensusmotiv einen stark verschobenen pKₐ von ca. 6,4 aufweist. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die PyBo-reaktiven Cytidine nahe dem physiologischen pH protoniert vorliegen können und sich womöglich als konditionelle epitranskriptomische Markierung verhalten. Dieser Projektantrag zielt darauf ab, die strukturellen Prinzipien, die chemische Nachweisbarkeit und die mögliche Funktion der Cytidin-Protonierung aufzuklären. In Aim 1 wird das Schwalbe-Labor hochaufgelöste NMR-Strukturen einer Kandidaten-rC⁺-RNA in ihrem protonierten und unprotonierten Zustand bestimmen und mit Mutanten vergleichen, um zu klären, wie rC⁺ die lokale RNA-Architektur verändert. In Aim 2 wird das Niehrs-Labor testen, ob PyBo universell mit rC⁺ reagiert, unter Verwendung von Modell-RNAs und Riboswitches bei kontrolliertem pH, um die chemische Spezifität und Grenzen des PyBo-basierten Nachweises zu definieren. In Aim 3 werden wir RNA-bindende Proteine identifizieren, die rC⁺-Elemente erkennen. Schließlich wird Aim 4 die funktionellen Auswirkungen der Inppl1-rC⁺-Stelle auf Translation und mRNA-Stabilität mit Hilfe eines dual-fluoreszenten Ribosomen-Stalling-Reporters in Säugerzellen untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen