Untersuchung fundamentaler Prinzipien der Translationskontrolle im bakteriellen Modellorganismus E. coli mittels einer neuen Deep-sequencing-Methode

• Antragsteller: Dr. Hendrik Gerhard Osadnik
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316569611

Genexpression, der fundamentalste Prozess in allen lebenden Zellen, erfolgt in zwei Schritten: Während der Transkription kopiert die RNA-Polymerase (RNAP) die DNA-Sequenz eines Gens in eine mRNA-Sequenz, welche daraufhin während der Translation als Vorlage zur Produktion eines Proteins durch Ribosomen dient. Diese beiden Schritte sind in Bakterien gekoppelt, da die Ribosomen die Translation einer mRNA bereits während der Transkription beginnen. Neuartige Sequenziertechnologien (deep sequencing), die eine genomweite Betrachtung der Positionen translatierender Ribosomen auf mRNAs sowie transkribierender RNAPs ermöglichen, haben unser Verständnis von Transkriptions- und Translationskontrolle grundlegend verändert. Sie geben Auskunft darüber welche Proteine in welchen Mengen synthetisiert werden, und wann Ribosomen und RNAPs pausieren. Allerdings können wir mit diesen Methoden keine Distanzen zwischen den einzelnen Ribosomen bestimmen, welche gleichzeitig ein mRNA-Molekül translatieren, und ebenso wenig den Abstand zwischen der RNAP und dem ihr folgenden Ribosom. Somit fehlen uns jegliche Informationen über räumliche Bezüge und damit zentrale Parameter der Translation sowie der Kopplung von Transkription und Translation.Eine im Rahmen dieses Projekts neu entwickelte Deep-sequencing-Methode (ASITE) wird es mir nun ermöglichen, die exakten Positionen und Abstände zwischen einzelnen Ribosomen, sowie Ribosomen und RNAP, auf mRNA-Molekülen in E. coli zu messen. Wird die Initiation der Translation stochastisch reguliert oder starten Gruppen von Ribosomen schubweise? Werden die Abstände zwischen translatierenden Ribosomen von mRNAs reguliert, und wenn ja, wie? Koordinieren Zellen den Abstand zwischen RNAP und Ribosomen, und mittels welcher Mechanismen? Diese und ähnlich fundamentale Fragen sollen mit ASITE geklärt werden. Dieses Projekt leistet damit einen wichtigen Beitrag zu unserem grundlegenden Verständnis der Translation in Bakterien auf der Ebene einzelner mRNA-Moleküle.Die hier entwickelte ASITE-Methode kann darüber hinaus auch in der eukaryotischen Translationsforschung eingesetzt werden, z.B. in humanen Zellen und zur Untersuchung viraler Translationsprogramme.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberinnen / Gastgeber: Professorin Carol Gross, Ph.D.; Professor Jonathan Weissman, Ph.D.