Untersuchung von Lokalisierung und Schicksal von m6A-modifizierter mRNA in lebenden Zellen als Einzelmolekül

• Antragsteller: Andreas Schmidt, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Biophysik ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449562930

Posttranskriptionelle RNA-Modifikationen sind entscheidend für die Lebensfähigkeit der Zellen. Bis heute sind über 170 posttranskriptionelle RNA-Modifikationen in proteincodierender und nicht-codierender RNA bekannt. Eine dieser RNA-Modifikationen its die Methylierung an der sechsten Position des Purinrings von Adenin (N6-Methyladenosin, m6A), die sowohl in der mRNA als auch in der nicht-kodierenden RNA vorkommt. m6A stellt die am häufigsten vorkommende interne mRNA-Modifikation in Eukaryoten dar. Ihre Bedeutung wird durch die Tatsache verdeutlicht, dass die m6A-Modifikation für viele Aspekte des mRNA-Stoffwechsels von der Geburt bis zum Abbau entscheidend ist. Dazu gehören die nukleare prä-mRNA-Prozessierung, der zytosolische Export von mRNA, die mRNA-Translation, der mRNA-Degradation und die Interaktion mit RNA-Granula. RNA-Sequenzierungsstudien konnten zeigen, dass m6A-Modifikationen vorallem in der Nähe von Stoppcodons und in 3'-untranslatierten Regionen (3'-UTR) von mRNAs hoch angereichert sind. Die 3'-UTR beeinflusst die mRNA-Stabilität, die Translationseffizienz und ihre subzelluläre Lokalisierung. Ein Beispiel für die biologische Wichtigkeit und Funktion der 3'-UTR mRNA Methylierung stellt die geschlechtsbestimmende Region y-box 2 (SOX2) mRNA dar. Dieses Gen kodiert für eins der wichtigsten Transkriptionsfaktoren und stellt ein Onkogen dar. Die 3'-UTR mRNA Methylierung von SOX2 mRNA bestimmt wesentlich das Schicksal der mRNA bzw. die Lebensfähigkeit der Zellen. Grundsätzlich sind eine Reihe grundlegender Fragen in Bezug auf 3' UTR m6A-modifizierte mRNAs und deren Einfluss auf die Translationseffizienz, ihre Kinetik, Ribosomenbesetzung sowie die Interaktionen zwischen RNA-Granula weitgehends unbeantwortet. Ausgehend von 3'-UTR der SOX2-mRNA als Modell-m6A-System, einer Kombination aus modernsten, auf Mikroinjektion basierender Einzelmolekül-RNA-Verfolgungsmethode, mRNA-Translations-Visualisierungs-Techniken und ultrahochauflösender Einzelmolekül-Fluoreszenzmikroskopie soll der Einfluss der 3'-UTR-Methylierung in mRNA hinsichtlich der Translationseffizienz, der Translationskinetik und der Verteilungskinetik in RNA-Granula (P-bodies/stress granules) sowie dessen Anreicherung in RNA-Granula unter Normal- und Stressbedingungen in lebenden Zellen charakterisiert werden. All dies wird einzigartige Einblicke in das Verständnis der m6A-Modifikation in der mRNA geben und eine neue Perspektive und ein neues Konzept zur Dynamik der Genregulationsprozesse eröffnen, die kollektiv als Epitranskriptomik bezeichnet werden.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr.-Ing. Nils G. Walter, Ph.D.