Ermittlung einer hochaufgelösten Struktur des Trypanosoma brucei Editosoms

• Antragsteller: Professor Dr. H. Ulrich Göringer
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biochemie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 437436849

Primäres Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, eine hochaufgelöste Struktur des Editosoms aus dem parasitären Organismus Trypanosoma brucei zu erarbeiten. Editosomen sind hochmolekulare Proteinkomplexe, die eine für den Parasiten essentielle, U-Nukleotid spezifische RNA-Editing Reaktion katalysieren. Trypanosomen sind als Erreger der humanen afrikanischen Trypanosomiasis (HAT) medizinisch relevante Organismen. HAT gehört zur Gruppe der vernachlässigten Tropenkrankheiten, für die es weder effektive Therapeutika noch eine Vakzinierung gibt. Aus diesem Grund ist die Entwicklung neuartiger Medikamente dringend erforderlich. Letzteres verlangt jedoch detaillierte Kenntnisse über parasitenspezifische Zielstrukturen, um die infektiösen Organismen gezielt angreifen zu können. In diesem Kontext kommt dem Editosom und der RNA-Editing Reaktion zentrale Bedeutung zu: Die RNA-Prozessierungsreaktion ist für das Überleben des Parasiten essentiell, kommt aber in den infizierten Witrsorganismen des Parasiten nicht vor. D.h. das Editosom stellt eine ideale Zielstruktur zur Entwicklung neuer Interventionsstrategien dar. Allerdings sind bis dato nur wenige Editing-Inhibitoren identifiziert worden. Dies ist vornehmlich auf mangelnde Strukturkenntnisse zurückzuführen. Eine strukturbasierte Suche nach niedermolekularen Hemmstoffen war bisher nicht möglich, da lediglich eine niedrig-aufgelöste Struktur für den Proteinkomplex vorliegt. Aus diesem Grund schlagen wir vor, unter Verwendung von Cryo-Elektronenmikroskopie (Cryo-EM), die Struktur des T. brucei Editosoms zu ermitteln. Wir streben eine vollständige strukturelle und biophysikalische Charakterisierung des Editosoms an, einschließlich des S-Werts, des Diffusionskoeffizienten und der Partikeldimensionen. Wir beabsichtigen weiterhin die prä-mRNA Bindestelle(n) und das katalytische Reaktionszentrum des Komplexes zu identifizieren und die RNA-Interaktionsoberfläche mit den zu editierenden prä-mRNAs molekular zu beschreiben. Motivation für die thematische Ausrichtung des Forschungsvorhabens sind die jüngsten technologischen Fortschritte im Bereich der Cryo-EM. Neue Elektronendetektoren erlauben es Abbildungen mit beispielloser Qualität zu generieren und erzeugen in Kombination mit neuen Bildverarbeitungsalgorithmen Elektronendichtekarten mit nahezu atomarer Auflösung. Dies macht es wahrscheinlich, dass die aktuelle "low-resolution" Struktur des Editosoms in ein Modell mit hoher Auflösung umgewandelt werden kann. Letztlich sollten sich dadurch mehrere ungelöste Fragen zum RNA-Editing, wie die Stöchiometrie der editosomalen Proteine, die Struktur des "dual-function" Reaktionszentrums und die prä-mRNA-Kontaktstelle(n) mit der katalytischen Maschinerie lösen lassen. Darüber hinaus besteht die Hoffnung, dass die Daten den Weg für ein rationales Design von RNA Editing-spezifischen Inhibitoren öffnet, um zu der beschriebenen medizinischen Problematik beizutragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen