DYW-Typ Pentatricopeptid Repeat (PPR) Proteine aus Moosen als modifizierbare C-zu-U RNA-Editing Faktoren in diversen genetischen Systemen.

• Antragsteller: Professor Dr. Volker Knoop, seit 12/2022
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 265715627

Cytidin-zu-Uridin RNA-Editing in den chloroplastidären und mitochondrialen Transkripten von Landpflanzen wird durch Pentatricopeptide Repeat (PPR) Proteine vermittelt. DYW-Typ PPR Proteine sind die Schlüsselenzyme in diesem Prozess, da sie spezifische RNA-Zielsequenzen erkennen, das zu editierende Cytidin definieren und seine Desaminierung zu Uridin katalysieren. Obwohl der grundlegende RNA-PPR Bindecode bereits identifiziert wurde und inzwischen auch die C-terminale DYW-Domäne als enzymatische Domäne charakterisiert wurde, sind wir immer noch entfernt davon, den Prozess des RNA-Editing vollständig zu verstehen. Das RNA-Editing-System des Laubmooses Physcomitrella patens ist mit nur 9 DYW-Typ PPR-Proteinen, die 13 Editing-Stellen in den Organellen-Transkripten zugeordnet wurden, eines der einfachsten im Pflanzenreich. In anderen Landpflanzen, wie der Modell-Blütenpflanze Arabidopsis thaliana ist das System sehr viel komplexer, mit mehr als 450 Editing-Stellen, unabhängigen Erkennungs- und Desaminierungs-Faktoren und ergänzenden Hilfsproteinen, die das Editing an vielen Stellen beeinflussen. Früh haben wir uns deshalb auf das Moos-Editing-System fokussiert. Kürzlich ist es uns gelungen, durch den Transfer von einzelnen DYW-Typ PPR-Genen und deren Erkennungssequenzen pflanzentypisches C-zu-U RNA Editing im Bakterium Escherichia coli zu etablieren. Das bakterielle System gibt die einmalige Möglichkeit, schnell und zuverlässig den Einfluss von Veränderungen im Protein und in der Zielsequenz zu untersuchen. Im Rahmen dieses Projektes fokussieren wir uns auf fünf verschiedene DYW-Typ PPR Proteine. Das zuverlässige Erkennen neuer Zielsequenzen durch die Modifikation von einzelnen Bindestellen oder Motiven wird im bakteriellen System überprüft, bevor die veränderten Proteine in die Modellpflanzen Physcomitrella patens und Arabidopsis thaliana übertragen werden. Da es bis heute nicht möglich ist, das mitochondriale Genom von Pflanzen gezielt zu modifizieren, stellen DYW-Typ PPR-Proteine, die definierte Cytidine in mitochondrialen Transkripten verändern, ein enormes Potential für die Grundlagen- und die angewandte Forschung dar.Die in diesem Projekt durch Integration von modifizierten PPR Proteinen generierten Pflanzen-Mutanten werden hinsichtlich ihrer Änderung des mitochondrialen Energie-Metabolismus charakterisiert. Zeitgleich werden wir untersuchen, ob DYW-Typ PPR-Proteine auch im Cytosol Zielsequenzen editieren können. Schlussendlich wäre es eine große Errungenschaft, wenn modifizierte DYW-Typ PPR-Proteine als RNA-Editoren zur gezielten Veränderung von organellaren und nukleären Transkripten eingesetzt werden könnten, um die Proteinfunktionen in verschiedenen Pflanzen analysieren und optimieren zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Mareike Schallenberg-Rüdinger, bis 12/2022