Mengen und Funktionen nicht-kanonischer Nukleoside in messenger RNA

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Carell
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277203618

Die Entdeckung reversibler Modifikationschemie an Nukleosiden war ein Durchbruch in der epigenetischen Forschung und hat zu einem wahren Goldrausch an Publikationen in diesem Bereich geführt. Im Besonderen wurde die Ribonukleinsäure erneut in den Fokus gerückt, als bekannt wurde, dass die messenger RNA chemisch stärker modifiziert vorliegt als bisher vermutet. Besonders hervorzuheben ist in diesem Zusammenhang das N6-Methyladenosin (m6A). In die RNA eingeführt dient es einer stetig wachsenden Anzahl von Funktionen, vermittelt durch die Interaktion mit spezifischen reader-Proteinen. Wir haben dazu kürzlich eine Proteomstudie mit bislang völlig unbeachteten Zusammenhängen veröffentlicht, die krankheitsrelevante Signalwege nicht nur durch die Bindung, sondern auch durch die Abstoßung von RNA-Bindeproteinen beeinflusst. Im Zuge des Goldrausches wurden viele neue Modifikationen in mRNA, aber auch in DNA beschrieben. So wurden zum Beispiel die Basen m1A in der mRNA und m6A auch in der DNA höherer Organismen wie Algen, Insekten, Würmer und sogar Säugetieren beschrieben. Manche dieser Entdeckungen mussten jedoch bereits revidiert werden. So wurde zum Beispiel entdeckt, dass m1A und m5C deutlich seltener in mRNA vorkommen, als zunächst beschrieben. Die demethylierende Oxygenase FTO, deren Substrat zunächst als m6A beschrieben wurde, konnte nun als Demethylase für das in der 5‘-cap Struktur vorkommende m6Am identifiziert werden. Darüber hinaus konnten wir in unserer Gruppe mit Hilfe hoch-sensitiver Massenspektrometrie zeigen, dass entgegen anderslautender Veröffentlichungen m6dA vermutlich doch keine natürliche Komponente von Säugetier DNA ist. Wir wollen hier unsere Bemühungen fortsetzen, die Anwesenheit modifizierter Basen in mRNA zu untersuchen und zu verifizieren. Eigene Ergebnisse und Daten anderer Gruppen deuten darauf hin, dass m62A und ms2i6A ausschließlich in rRNA beziehungsweise mitochondrialer RNA vorkommen. Dennoch bleibt das Vorkommen teilweise hochmodifizierter Basen in der mRNA ein maßgebliches Forschungsthema. Aus diesem Grund planen wir eine umfassende Charakterisierung der mRNA-Modifikationen vorzunehmen. Wir wollen insbesondere Pseudouridin und die 5‘-cap Struktur im Detail untersuchen. Dabei wollen wir ihre spezifischen Protein-Interaktome aufklären und über die zugrundeliegenden Mechanismen dieser Interaktionen lernen. Die Ergebnisse werden uns helfen, den Einfluss chemischer Modifikation der mRNA auf grundlegende Prozesse des Lebens, wie der Translation, besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1784: Chemische Biologie natürlicher Nukleinsäuremodifikationen